Un nouveau type de moteur à l'échelle nanométrique a été proposé qui utiliserait des points quantiques pour générer de l'électricité à partir de la chaleur résiduelle, rendre potentiellement les microcircuits plus efficaces.

"Le système est vraiment simple, qui exploite certaines propriétés des points quantiques pour récolter la chaleur, " a déclaré le professeur Andrew Jordan de l'Université de Rochester. " Malgré cette simplicité, la puissance qu'il pourrait générer est encore plus importante que n'importe quel autre nanomoteur qui a été envisagé jusqu'à présent. » Les moteurs seraient de taille microscopique, et n'ont pas de pièces mobiles. Chacun ne produirait qu'une infime quantité d'énergie - un millionième ou moins de ce qu'une ampoule utilise. Mais en combinant des millions de moteurs dans une structure en couches, Jordan dit qu'un appareil d'une superficie d'un pouce carré pourrait produire environ un watt de puissance pour chaque différence de température d'un degré. Un nombre suffisant d'entre eux pourrait faire une différence notable dans la consommation d'énergie d'un ordinateur.

Un article décrivant le nouveau travail est en cours de publication dans Examen physique B par la Jordanie, professeur de physique théorique, et ses collaborateurs, Björn Sothmann et Markus Buttiker de l'Université de Genève, et Rafael Sánchez de l'Institut des sciences des matériaux de Madrid. Jordan a expliqué que chacun des nanomoteurs proposés est basé sur deux points quantiques adjacents, avec le courant qui traverse l'un puis l'autre. Les points quantiques sont des systèmes fabriqués qui, en raison de leur petite taille, agissent comme des objets de mécanique quantique, ou des atomes artificiels.

Le chemin que les électrons doivent emprunter à travers les deux points quantiques peut être ajusté pour avoir une pente ascendante. Pour remonter cette colline (électrique), les électrons ont besoin d'énergie. Ils prennent l'énergie du milieu de la région, qui est maintenu au chaud, et utiliser cette énergie pour sortir de l'autre côté, plus haut sur la colline. Cela élimine la chaleur de l'endroit où elle est générée et la convertit en énergie électrique avec un rendement élevé.

Pour faire ça, le système utilise un effet de mécanique quantique appelé effet tunnel résonant, ce qui signifie que les points quantiques agissent comme des filtres énergétiques parfaits. Lorsque le système est en mode tunnel résonant, les électrons ne peuvent traverser les points quantiques que lorsqu'ils ont une énergie spécifique qui peut être ajustée. Tous les autres électrons qui n'ont pas cette énergie sont bloqués.

Les points quantiques peuvent être développés de manière auto-assemblante à partir de matériaux semi-conducteurs. Cela permet un moyen pratique de produire bon nombre de ces petits moteurs dans le cadre d'un plus grand éventail, et en plusieurs couches, que les auteurs appellent la configuration Swiss Cheese Sandwich.

La quantité d'énergie électrique produite dépend de la différence de température à travers le récupérateur d'énergie - plus la différence de température est élevée, plus la puissance qui sera générée est élevée. Cela nécessite une bonne isolation entre les régions chaudes et froides, dit Jordan.