Efecto de trinquete
El efecto de trinquete describe el intento de convertir un movimiento desordenado en uno dirigido — igual que un trinquete traduce un movimiento de vaivén en un giro en un solo sentido.
Para la neutrinovoltaica es central, pues el movimiento térmico en el grafeno es desordenado, mientras que la corriente deseada es dirigida.
La objeción de Feynman
La idea es antigua y tiene una refutación célebre. Richard Feynman trató en sus lecciones un experimento mental que se remonta a Marian Smoluchowski: una diminuta rueda de paletas empujada por las moléculas del aire, unida a un trinquete que solo permite un sentido de giro.
A primera vista, la rueda debería girar y realizar trabajo — a partir del puro movimiento térmico.
Feynman mostró por qué no lo hace. El gatillo del trinquete es él mismo tan pequeño que también resulta empujado por el movimiento térmico. Retrocede de vez en cuando, y precisamente con la frecuencia justa para que la ganancia se anule. Mientras todo tenga la misma temperatura, en el balance no queda nada — rige el segundo principio de la termodinámica.
Hace falta, pues, un gradiente. Precisamente en ello se basa la termoelectricidad, que necesita un lado caliente y uno frío.
El grafeno autosostenido
Aquí es donde interviene el trabajo de Paul Thibado en la University of Arkansas.
Una capa aislada de grafeno no es plana. Ondula en la tercera dimensión, y esas ondas se mueven — a temperatura ambiente, de manera constante. Bajo el microscopio de efecto túnel puede observarse: regiones de unos pocos nanómetros saltan de un lado a otro entre dos formas de curvatura.
Lo notable en ello es la clase de movimiento. No es el temblor uniforme que cabría esperar, sino que consta de muchas pequeñas oscilaciones con ocasionales saltos grandes. El grupo de Thibado lo describe como movimiento de Lévy.
El montaje
El grupo de Thibado acopló grafeno autosostenido a un circuito y publicó en 2020 en Physical Review E la medición de una corriente que procedería de esos movimientos. Como rectificadores sirvieron diodos.
La interpretación se discute en el ámbito especializado. La objeción es la misma que formuló Feynman: también los diodos tienen una temperatura, también ellos producen ruido, y una demostración limpia debe mostrar que la corriente medida no procede de ese ruido. El grupo de Thibado ha presentado al respecto varios trabajos y argumenta que el movimiento del grafeno no corresponde al caso de equilibrio simple.
La cuestión sigue abierta hasta hoy. Lo que se midió es indiscutible; a qué se debe se sigue investigando.
Por qué el grupo se remite a ello
El Neutrino® Energy Group aduce los trabajos de Thibado como uno de varios elementos constructivos. La conexión salta a la vista: si del movimiento propio de una red de grafeno puede obtenerse corriente dirigida, entonces ese es exactamente el proceso que la lámina multicapa de grafeno y silicio debe realizar a gran escala.
La ecuación maestra describe esa contribución como un canal entre varios — junto a los impulsos de partículas, los muones cósmicos y las fluctuaciones electromagnéticas.
La asimetría como clave
Todos los procesos de trinquete tienen algo en común: necesitan una asimetría. Un sistema simétrico no puede distinguir ninguna dirección; no hay motivo alguno por el que la carga fluyera más bien a la izquierda que a la derecha.
Precisamente ahí reside el sentido de la secuencia de capas. Doce capas alternas de dos sustancias distintas forman una red que en un sentido tiene un aspecto distinto del que tiene en el sentido contrario — y el grafeno dopado refuerza esa desigualdad de manera dirigida.
Si esa asimetría basta para suministrar corriente en la escala deseada es la verdadera cuestión de todo el proyecto.
Términos relacionados
- Paul Thibado — las mediciones
- Grafeno y Grafeno dopado
- Termoelectricidad — la vía a través de un gradiente
- La ecuación maestra
Fuentes
- P. M. Thibado et al.: Fluctuation-induced current from freestanding graphene, Physical Review E 102, 042101 (2020).
- R. P. Feynman: The Feynman Lectures on Physics, volumen I, capítulo 46 («Ratchet and pawl»).