太赫茲(Terahertz，簡(jiǎn)稱THz) 波是指頻率介于紅外和微波之間的電磁波，故對(duì)其研究手段由電子學(xué)理論逐漸過(guò)渡為光子學(xué)理論。太赫茲波綜合了電子學(xué)和光子學(xué)的優(yōu)越性能，具有很多不同于其他電磁波的特殊性質(zhì)。也正是這些特性，使之成為當(dāng)前科技界最熱鬧的前沿領(lǐng)域之一。

當(dāng)前的商用手機(jī)無(wú)線充電技術(shù)并不成熟，無(wú)法給客戶端設(shè)備充電帶來(lái)真正的方便。麻省理工（MIT）在3月27日公布了一項(xiàng)研究成果，研究人員通過(guò)將石墨烯和氮化硼相結(jié)合的整流器，將太赫茲波轉(zhuǎn)化為直流電，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)用的無(wú)線充電。

MIT材料實(shí)驗(yàn)室的Hiroki Isobe利用之前的研究成果，他發(fā)現(xiàn)利用高純二維石墨烯和氮化硼設(shè)計(jì)的整流器中，石墨烯電子之間的作用力失去平衡（靠近硼的電子感受到一定的作用力，而靠近氮的電子感受到不同的拉力），整體效應(yīng)就是物理學(xué)家所說(shuō)的“傾斜散射”，即電子云在一個(gè)方向上傾斜運(yùn)動(dòng)。但是，如果石墨烯中確實(shí)存在太多的雜質(zhì)，它們將成為電子云路徑上的障礙物，導(dǎo)致這些云向各個(gè)方向散射，而不是像一個(gè)云那樣移動(dòng)。研究人員還發(fā)現(xiàn)，輸入的太赫茲能量越強(qiáng)，一個(gè)設(shè)備能轉(zhuǎn)換成直流電流的能量就越多。這意味著，任何轉(zhuǎn)換裝置也應(yīng)包括一種在這些波進(jìn)入裝置之前將其集中的方法。

考慮到所有這些，研究人員繪制了太赫茲整流器的藍(lán)圖，該整流器由一小塊石墨烯組成，石墨烯位于氮化硼層的頂部，被夾在一個(gè)天線內(nèi)，該天線將收集并集中周圍太赫茲輻射，將其信號(hào)放大到足以將其轉(zhuǎn)換為直流電的程度。

2D材料整流器示意圖

“這將非常像一個(gè)太陽(yáng)能電池，被動(dòng)地收集和轉(zhuǎn)換環(huán)境能量，不同之處在于頻率范圍”，“實(shí)現(xiàn)室溫下工作，設(shè)備將能滿足更多應(yīng)用，例如，為病人體內(nèi)的植入物無(wú)線供電，而不需要手術(shù)來(lái)更換植入物的電池。這些設(shè)備還可以將周圍的Wi-Fi信號(hào)轉(zhuǎn)換為筆記本電腦和手機(jī)等個(gè)人電子產(chǎn)品充電。”

論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/13/eaay2497

粉體圈 編譯 YUXI