Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

A Quantum Dot Energy Harvester: Turning Waste Heat into Electricity on the Nanoscale

14.02.2013
A new type of nanoscale engine has been proposed that would use quantum dots to generate electricity from waste heat, potentially making microcircuits more efficient.

"The system is really a simple one, which exploits certain properties of quantum dots to harvest heat," Professor Andrew Jordan of the University of Rochester said. "Despite this simplicity, the power it could generate is still larger than any other nanoengine that has been considered until now."


An array on nano energy harvesters in what the researchers call a "swiss cheese" arrangement.

The engines would be microscopic in size, and have no moving parts. Each would only produce a tiny amount of power – a millionth or less of what a light bulb uses. But by combining millions of the engines in a layered structure, Jordan says a device that was a square inch in area could produce about a watt of power for every one degree difference in temperature. Enough of them could make a notable difference in the energy consumption of a computer.

A paper describing the new work is being published in Physical Review B by Jordan, a theoretical physics professor, and his collaborators, Björn Sothmann and Markus Buttiker from the University of Geneva, and Rafael Sánchez from the Material Sciences Institute in Madrid.

Jordan explained that each of the proposed nanoengines is based on two adjacent quantum dots, with current flowing through one and then the other. Quantum dots are manufactured systems that due to their small size act as quantum mechanical objects, or artificial atoms.

The path the electrons have to take across both quantum dots can be adjusted to have an uphill slope. To make it up this (electrical) hill, electrons need energy. They take the energy from the middle of the region, which is kept hot, and use this energy to come out the other side, higher up the hill. This removes heat from where it is being generated and converts it into electrical power with a high efficiency.

To do this, the system makes use of a quantum mechanical effect called resonant tunneling, which means the quantum dots act as perfect energy filters. When the system is in the resonant tunneling mode, electrons can only pass through the quantum dots when they have a specific energy that can be adjusted. All other electrons that do not have this energy are blocked.

Quantum dots can be grown in a self-assembling way out of semiconductor materials. This allows for a practical way to produce many of these tiny engines as part of a larger array, and in multiple layers, which the authors refer to as the Swiss Cheese Sandwich configuration (see image).

How much electrical power is produced depends on the temperature difference across the energy harvester – the higher the temperature difference, the higher the power that will be generated. This requires good insulation between the hot and cold regions, Jordan says.

Contact: Leonor Sierra
lsierra@ur.rochester.edu
585.276.6264
About the University of Rochester
The University of Rochester (www.rochester.edu) is one of the nation's leading private universities. Located in Rochester, N.Y., the University gives students exceptional opportunities for interdisciplinary study and close collaboration with faculty through its unique cluster-based curriculum. Its College, School of Arts and Sciences, and Hajim School of Engineering and Applied Sciences are complemented by its Eastman School of Music, Simon School of Business, Warner School of Education, Laboratory for Laser Energetics, School of Medicine and Dentistry, School of Nursing, Eastman Institute for Oral Health, and the Memorial Art Gallery.

Leonor Sierra | EurekAlert!
Further information:
http://www.rochester.edu
http://www.rochester.edu/news/show.php?id=5562

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht Witnessing turbulent motion in the atmosphere of a distant star
23.08.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Heating quantum matter: A novel view on topology
22.08.2017 | Université libre de Bruxelles

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie