我们周围的空气中充斥着来自 Wi-Fi、蓝牙和 5G 网络的射频信号。这些标准非常适合传输数据，但同时也是一种尚未开发的能源。研究人员已经开发出一种新技术，可以收集周围或"废弃"的射频信号，并利用它们为小型电子设备供电。
该技术的关键创新点在于纳米级自旋整流器，它能将小于-20 dBm的极低功率射频信号转换成可用的直流电压。该设备克服了现有射频能量采集整流器的一个主要痛点，即难以在低环境功率水平下高效运行。
领导该项目的新加坡国立大学教授Yang Hyunsoo解释说，传统的千兆赫肖特基二极管整流器由于在低功率水平下受到基本热力学限制，几十年来一直停滞不前。最近的努力集中在提高天线效率和阻抗匹配网络上，这增加了芯片的占地面积，阻碍了小型化。
与此相反，Yang 团队的研究表明，纳米级自旋整流器提供了一种将射频功率直接转换为直流电功率的紧凑、灵敏和高效的方法。
"我们的研究结果表明，自旋整流器技术易于集成和扩展，有利于开发大规模的自旋整流器阵列，用于各种低功率射频和通信应用。利用这种基于人工智能的方法，物联网设备的能效可提高40%"
为了实现这一突破，研究人员将自旋整流器设备优化为两种配置：一种是工作在-62 dBm和-20 dBm之间的单个整流器，另一种是转换效率为7.8%的10个串联自旋整流器阵列。将该阵列集成到能量收集模块中，他们就能以-27 dBm的输入功率为商用温度传感器供电。
他们与日本东北大学和意大利墨西拿大学的研究人员合作取得的这一成果于 7 月 24 日发表在《自然-电子学》杂志上。
这是一个令人兴奋的概念验证，但自旋整流器能量收集模块仍有改进的余地。杨的团队目前正在努力集成片上天线，以进一步提高效率和紧凑性。
研究人员还希望与产业界和学术界的合作伙伴合作，推进带有片上自旋整流器的自持智能系统的开发。他们希望这将使基于采集环境射频信号的无线充电和信号检测系统的紧凑型片上技术得以出现。
在一项类似的研究中，韩国研究人员优化了反向散射技术，使设备能够反射调制的无线信号来传输数据，从而提高无电池运行，使能效提高了 40%。