我們周圍的空氣中充斥著來自Wi-Fi、藍牙和5G 網路的射頻訊號。這些標準非常適合傳輸數據，但同時也是一種尚未開發的能源。研究人員已經開發出一種新技術，可以收集周圍或”廢棄”的射頻訊號，並利用它們為小型電子設備供電。

此技術的關鍵創新點在於奈米級自旋整流器，它將小於-20 dBm的極低功率射頻訊號轉換成可用的直流電壓。該設備克服了現有射頻能量採集整流器的一個主要痛點，即難以在低環境功率水平下高效運作。

領導該計畫的新加坡國立大學教授Yang Hyunsoo解釋說，傳統的千兆赫肖特基二極體整流器由於在低功率水平下受到基本熱力學限制，幾十年來一直停滯不前。最近的努力集中在提高天線效率和阻抗匹配網路上，這增加了晶片的佔地面積，阻礙了小型化。

與此相反，Yang 團隊的研究表明，奈米級自旋整流器提供了一種將射頻功率直接轉換為直流電功率的緊湊、靈敏和高效的方法。

“我們的研究結果表明，自旋整流器技術易於整合和擴展，有利於開發大規模的自旋整流器陣列，用於各種低功率射頻和通訊應用。利用這種基於人工智慧的方法，物聯網設備的能源效率可提高40%”

為了實現這一突破，研究人員將自旋整流器設備優化為兩種配置：一種是工作在-62 dBm和-20 dBm之間的單一整流器，另一種是轉換效率為7.8%的10個串聯自旋整流器陣列。將該陣列整合到能量收集模組中，他們就能以-27 dBm的輸入功率為商用溫度感測器供電。

他們與日本東北大學和義大利墨西拿大學的研究人員合作的這項成果於7 月24 日發表在《自然-電子學》雜誌上。

這是一個令人興奮的概念驗證，但自旋整流器能量收集模組仍有改進的空間。楊的團隊目前正在努力整合片上天線，以進一步提高效率和緊湊性。

研究人員還希望與產業界和學術界的合作夥伴合作，推進帶有片上自旋整流器的自持智慧系統的開發。他們希望這將使基於採集環境射頻訊號的無線充電和訊號檢測系統的緊湊型晶片技術得以出現。

在一項類似的研究中，韓國研究人員優化了反向散射技術，使設備能夠反射調製的無線訊號來傳輸數據，從而提高無電池運行，使能源效率提高了40%。