Bağlamda:Etrafımızdaki hava, Wi-Fi, Bluetooth ve 5G ağlarından gelen radyo frekans sinyalleriyle yoğun. Bu standartlar veri iletmek için mükemmeldir ancak aynı zamanda kullanılmayan bir enerji kaynağını temsil eder. Araştırmacılar, ortam veya ‘atık’ RF sinyallerini toplamak ve bunları küçük elektronik cihazlara güç sağlamak için kullanmak üzere yeni bir teknoloji geliştirdiler.
Ana yenilik, -20 dBm’den daha düşük son derece düşük güçteki RF sinyallerini kullanılabilir bir doğru akım voltajına dönüştürebilen nano ölçekli bir spin-doğrultucudur. Bu cihaz, düşük ortam güç seviyelerinde verimli bir şekilde çalışmakta zorlanan mevcut RF enerji hasadı doğrultucularının birincil bir sorununun üstesinden gelir.
Projeye liderlik eden Singapur Ulusal Üniversitesi Profesörü Yang Hyunsoo, geleneksel gigahertz Schottky diyot doğrultucularının düşük güç seviyelerinde temel termodinamik kısıtlamalar nedeniyle onlarca yıldır durgun kaldığını açıkladı. Son zamanlardaki çabalar, çip ayak izini artıran ve minyatürleştirmeyi engelleyen anten verimliliğini ve empedans eşleştirme ağlarını iyileştirmeye odaklandı.
Yang’ın ekibi ise, nanometre ölçeğindeki spin-doğrultucuların, RF’yi doğrudan DC gücüne dönüştürmenin kompakt, hassas ve etkili bir yolunu sunduğunu gösterdi.
Yang, “Sonuçlarımız, SR teknolojisinin entegre edilmesinin kolay ve ölçeklenebilir olduğunu, çeşitli düşük güçlü RF ve iletişim uygulamaları için büyük ölçekli SR dizilerinin geliştirilmesini kolaylaştırdığını gösteriyor” dedi.
Bu atılımı başarmak için araştırmacılar spin-doğrultucu cihazlarını iki konfigürasyona optimize ettiler: -62 dBm ile -20 dBm arasında çalışan tek bir doğrultucu ve %7,8 dönüşüm verimliliğine sahip seri bağlı 10 spin-doğrultucu dizisi. Diziyi bir enerji hasat modülüne entegre etmek, ticari bir sıcaklık sensörüne sadece -27 dBm giriş gücünde güç vermelerini sağladı.
Japonya’daki Tohoku Üniversitesi ve İtalya’daki Messina Üniversitesi araştırmacılarının işbirliğiyle elde edilen sonuçlar, 24 Temmuz’da Nature Electronics dergisinde yayımlandı.
Heyecan verici bir kavram kanıtı, ancak spin-doğrultucu enerji hasadı modüllerinin hala geliştirilmeye ihtiyacı var. Yang’ın ekibi şu anda verimliliği ve kompaktlığı daha da artırabilecek bir çip üstü anteni entegre etmek için çalışıyor.
Araştırmacılar ayrıca, yonga üstü spin-doğrultucularla kendi kendine yeten akıllı sistemlerin geliştirilmesini ilerletmek için endüstri ve akademik ortaklarla iş birliği yapmayı hedefliyor. Bunun, kablosuz şarj ve ortam radyo frekansı sinyallerini toplamaya dayalı sinyal algılama sistemleri için kompakt yonga üstü teknolojilerinin ortaya çıkmasına olanak sağlayacağını umuyorlar.
Benzer bir çalışmada Koreli araştırmacılar, cihazların modüle edilmiş kablosuz sinyalleri yansıtarak veri iletmesine olanak tanıyan geri saçılma teknolojisini optimize ederek pilsiz çalışmayı artırdılar ve bunun sonucunda enerji verimliliğinde yüzde 40’lık bir iyileştirme elde ettiler.