Quelltext der Seite Zero-Point Energy: Capturing Evanescence

== Nullpunktsenergie: Das Einfangen der Flüchtigkeit ==

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<div style="display:inline-block; vertical-align:top; padding-top:0.5em; margin-top: 1em; margin-botttom: 2.5em;">[[Datei:Journal-of-scientific-exploration_246x84.png|Journal of Scientific Exploration|frameless|246px|none|link=https://www.scientificexploration.org/journal]]</div>
<div style="display:inline-block; margin-left: 1.2em; padding-top: 0.15em; margin-top: 1em;"><small>Journal of Scientific Exploration<br>Garret Moddel, Department of Electrical, Computer, and Energy Engineering<br>22. Oktober 2022<br>[https://doi.org/10.31275/20222567 Zero-Point Energy: Capturing Evanescence]</small></div>

== Schwerpunkte ==

Eine Kombination der Konzepte zum [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuum] mit denen zu [https://de.wikipedia.org/wiki/Nanoelektronik nanoelektronischen Bauelementen] führt zu einem neuartigen energieerzeugenden Bauelement, welches offensichtlich Energie aus dem Quantenvakuum gewinnt.

== Zusammenfassung ==

Die Ergebnisse aus Tausenden von Versuchen und aus Dutzenden von Variationen, aus Tests bezüglich Mess[https://de.wikipedia.org/wiki/Artefakt_(Technik) artefakten] sowie aus [https://de.wikipedia.org/wiki/Replikation_(Wissenschaft) Replikationen] haben ergeben, dass Vorrichtungen mit einem Metall/Isolator/Metall-Casimir-Hohlraum offenbar in der Lage sind, [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Energie elektrische Energie] zu generieren, indem sie die [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Nullpunktsenergie] (NPE) ihrer Umgebung anzapfen. Schon eine einfache Kalkulation ergibt, dass die potenziell zur Verfügung stehende Energie des NPE-Quantenvakuums immense 5 [https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Größenordnungen_der_Leistung#Gigawatt Gigawatt] pro Quadratmeter beträgt. Die Bauelemente zapfen davon nur einen winzigen Bruchteil an, erreichen aber dennoch eine praktikable Leistungsdichte von 70 Watt pro Quadratmeter. Die Bauelemente wurden entwickelt, um die offensichtlichen Hindernisse, die der Gewinnung der NPE entgegenstehen, zu umgehen, die darin bestehen, dass es sich bei der NPE um den universellen Grundzustand handelt und dass die [https://de.wiktionary.org/wiki/Fluktuation Fluktuationen] der NPE extrem kurzlebig und quasi nur virtuell existieren. Sollte sich letztendlich herausstellen, dass es sich bei der Quelle um die NPE handelt, stellt sich die Frage, welches Funktionsprinzip hinter der Energiegewinnung steht und wie die Ergebnisse mit den bekannten [https://de.wikipedia.org/wiki/Physikalisches_Gesetz physikalischen Gesetzen] in Einklang gebracht werden können. Als gedankliches Funktionsprinzip lässt sich eine direkte Analogie zum dem optischen Phänomen der [https://de.wikipedia.org/wiki/Totalreflexion#Abgeschwächte_und_verhinderte_Totalreflexion frustrierten Totalreflexion] verstehen. Legt man die herkömmliche Quanteninterpretation der NPE zugrunde, so verstößt das Anzapfen der NPE zwar nicht gegen den [https://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik], aber die Frage nach der Quelle der NPE bleibt weiterhin ungeklärt.

== Einführung ==

Im Laufe der [https://de.wikipedia.org/wiki/Menschheitsgeschichte Menschheitsgeschichte] hat sich das Konzept des Ressourcenverbrauchs zur Gewinnung von Energie mittels des Abbaus von kohlenstoffhaltigen [https://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoff Brennstoffen], der Nuklearreaktion von [https://de.wikipedia.org/wiki/Kernbrennstoff Kernbrennstoffen], des Einfangens von Sonnenlicht und dergleichen zur Energiegewinnung durchgesetzt. Aus dieser Perspektive erscheint die Gewinnung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Nullpunktsenergie] (NPE), in der immer noch ein rätselhafter Schatz an allgegenwärtiger Energie schlummert, wie ein Verstoß gegen alle Grundlagen unserer Welt, wie wir sie bisher verstanden haben. Können wir diese Energie anzapfen, oder würde dies gegen grundlegende Prinzipien verstoßen?
Es sieht ganz danach aus, dass unser Labor tatsächlich einen Weg gefunden hat, wie sich die NPE anzapfen lässt (Moddel u. a. 2021a; Moddel, 2021c). In diesem Artikel gehe ich darauf ein, wie wir dies erreicht haben, und beschreibe die zugrunde liegenden Fragen. Zunächst geht es um die Grundlagen der NPE, einschließlich der Frage, wie viel Energie aus dem [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuum] der NPE gewonnen werden kann. Es folgen die Technologie, die wir entwickelt haben, um diese zu nutzen, und schließlich die Ergebnisse. Dann untersuche ich die Hindernisse, die der Nutzung von NPE-Fluktuationen noch im Wege stehen, einschließlich einer Möglichkeit, die Energiegewinnung über sogenannte [https://de.wikipedia.org/wiki/Virtuelles_Teilchen virtuelle Teilchen] zu verstehen. Der Artikel befasst sich ferner mit der Frage, ob die Gewinnung von NPE gegen den [https://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik] verstoßen würde und woher die Energie letztlich kommen könnte. Im Anhang finden sich die Gleichungen und Berechnungen zur verfügbaren Energie sowie eine Beschreibung der Sicherheitsüberprüfungen, die wir durchgeführt haben, um zu untersuchen, ob sich die Ergebnisse auf nicht berücksichtigte [https://de.wikipedia.org/wiki/Artefakt_(Technik) Artefakte] zurückführen lassen. Derzeit befinden wir uns noch mitten in der Forschung, und dieser Artikel gibt unseren derzeitigen Kenntnisstand wieder, der sich mit der Zeit sicher noch weiterentwickeln wird.

== Hintergrundinformationen zur Nullpunktsenergie ==

Bei der NPE handelt es sich um die [https://de.wikipedia.org/wiki/Energie Energie] des [https://de.wikipedia.org/wiki/Grundzustand Grundzustandes] von [https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik quantenmechanischen] Systemen sowohl im [https://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum leeren Raum] als auch in der [https://de.wikipedia.org/wiki/Materie_(Physik) Materie]. Im leeren Raum führt sie zu [https://de.wikipedia.org/wiki/Fluktuation#Fluktuation_in_der_Naturwissenschaft Fluktuationen] des [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Feld elektromagnetischen Feldes] (Milonni, 2013). In [https://de.wikipedia.org/wiki/Molekül Molekülen] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Festkörper Festkörpern] regt sie [https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingung Schwingungen] ([https://de.wikipedia.org/wiki/Quantisierung_(Physik) quantisiert] als [https://de.wikipedia.org/wiki/Phonon Phononen]) an (Yang & Kawazoe, 2012). Kommen dann auch noch [https://de.wikipedia.org/wiki/Leitfähigkeit leitende] [https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsträger_(Physik) Ladungsträger] (wie etwa [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektronen]) hinzu, führt dies zu [https://de.wikipedia.org/wiki/Plasmon_(Physik) plasmonischen] [https://de.wiktionary.org/wiki/Fluktuation Fluktuationen] (kollektive Ladungsschwingungen) (Rivera et al., 2019).

Im Jahr 1900 entwickelte [https://de.wikipedia.org/wiki/Max_Planck Max Planck] seine revolutionäre [https://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Strahlungsgesetz Theorie der Schwarzkörperstrahlung], welche den Raum ausfüllt. In Abbildung 1 ist diese thermische Schwarzkörperstrahlung als abwärts verlaufende Kurve für die [https://de.wikipedia.org/wiki/Raumtemperatur Raumtemperatur] (300 K) dargestellt. Sie erreicht ihren Höhepunkt bei einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Energiegehalt Photonenenergie] von etwa 0,1 eV, was einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenlänge Wellenlänge] im [https://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotstrahlung Infrarotbereich] von 12 μm entspricht, und fällt dann ab, bevor sie das [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum sichtbare Spektrum] erreicht.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig01_360x347.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 1.''' Die Energiedichte der elektromagnetischen Hintergrundfelder bei Raumtemperatur (T = 300 K) als Funktion der Photonenenergie (Darstellung von Matt McConnell).</div>

Elf Jahre nach seiner ersten Theorie präsentierte Planck seine zweite Theorie, die einen zusätzlichen, temperaturunabhängigen [https://de.wikipedia.org/wiki/Term Term] enthielt. Der vollständige Ausdruck für die [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte Energiedichte] sowohl des thermischen [https://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_Körper Schwarzkörpers] mit der Temperatur ''T'' als auch der Komponenten der NPE lautet

{| style="margin: 0 2em;"
| style="width: 34em;" | <div style="font-size: 130%; margin: 16px 0"><math>\rho(hf) = \frac{8 \pi f^2}{c^3} \left( \frac{hf}{exp (hv / kT) - 1} + \frac{hf}{2} \right)</math>,</div> || (1)
|}

wobei ''h'' die [https://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Konstante Plancksche Konstante], ''f'' die Frequenz der Strahlung und ''c'' die [https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit Lichtgeschwindigkeit] darstellen (Milonni, 2013). Die zuletzt aufgeführte Komponente, die als zweiter Term auf der rechten Seite der Gleichung erscheint, bezeichnete [https://de.wikipedia.org/wiki/Max_Planck Planck] als ''Restenergie'' (Kragh 2012). Zwei Jahre später bezeichneten [https://de.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein Albert Einstein] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Otto_Stern_(Physiker) Otto Stern] sie als [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie ''Nullpunktsenergie''] (NPE), da sie auch noch bei einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Absoluter_Nullpunkt Temperatur von null] vorhanden ist. 1916 stellte [https://de.wikipedia.org/wiki/Walther_Nernst Nernst] fest, dass die NPE nicht nur den Raum (den er [https://de.wikipedia.org/wiki/Äther_(Physik) Äther] nannte), sondern auch materielle Objekte erfüllt. Damals wurden sowohl Plancks zweite Theorie als auch der Begriff der NPE von der Physikergemeinde abgelehnt und erst ab 1926 in zunehmendem Maße akzeptiert, als die [https://de.wikipedia.org/wiki/Heisenbergsche_Unschärferelation Unschärferelation] innerhalb der sich damals entwickelnden [https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik Quantenmechanik] dies erforderlich machte. Abbildung 1 zeigt die [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte Energiedichte] für die NPE als gerade Linie. Bei [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Energiegehalt Photonenenergien], die oberhalb jener des [https://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotstrahlung#Einteilung_des_Spektralbereichs mittleren Infrarotlichtes] liegen, dominiert im [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum Energiespektrum] der NPE-Anteil.

Normalerweise ist die Energiedichte der NPE gegeben. Diese hat allerdings für die Gewinnung der Energie keine unmittelbare Relevanz. Für die Gewinnung von Energie ist der [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiefluss Energiefluss], d. h. die [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leistung Leistung] und die [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Stromstärke Stromstärke], von Bedeutung. In Anhang I leite ich den mathematischen Ausdruck für diese Größen ab und ermittle den [https://de.wiktionary.org/wiki/kumulativ kumulativen] Wert bis zu einer bestimmten (Grenz-)[https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Energiegehalt Photonenenergie]. Die kumulative [https://de.wikipedia.org/wiki/Strom_(Physik)#Stromdichte Stromdichte] wächst mit der dritten [https://de.wikipedia.org/wiki/Potenz_(Mathematik) Potenz] der Grenz[https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_energy photonenenergie] (''hf'') und die [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsdichte Leistungsdichte] mit der vierten Potenz der Grenz[https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_energy photonenenergie]. Die Strahlung, die eine bestimmte Fläche durchdringt, lässt sich in Form des Photonenstroms ausdrücken, der als der [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom elektrische Strom] definiert ist, welcher erzeugt werden würde, wenn jedes einfallende [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon Photon] den Strom eines Elektrons erzeugen würde. Der kumulative Photonenstrom der NPE wird in Abbildung 2 dargestellt.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig02_360x281.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 2.''' Kumulativer Photonenstrom bei Raumtemperatur bis zu einer Grenzphotonenenergie aus der elektromagnetischen Hintergrundstrahlung, wobei es sich bei den beiden Größen um den thermischen Schwarzkörper und das Quantenvakuum (Nullpunktsenergie) handelt. Der Photonenstrom ist definiert als der elektrische Strom, der für jedes einfallende Photon erzeugt würde, welches den Strom aus einem einzelnen Elektron erzeugt. Die Herleitung des Ausdrucks für diese Ströme findet sich in Anhang I.</div>

Die kumulativen Photonenströme aus dem Spektrum der NPE sind gigantisch. Zum Beispiel beträgt der erzeugte Strom bei einer Grenzphotonenenergie von 4 eV, was einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenlänge Wellenlänge] von 0,3 μm entspricht, 1,7 [https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Größenordnungen_der_elektrischen_Stromstärke#Gigaampere_–_GA GA] m<sup><small>-2</small></sup>, d. h. mehr als eine Milliarde [https://de.wikipedia.org/wiki/Ampere Ampere] pro Quadratmeter. Zum Vergleich: Eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle Solarzelle] erzeugt etwa 350 A m<sup><small>-2</small></sup>.

Die aus dem [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuum] verfügbare [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistung_(Physik) Leistung] für dieselbe Grenzphotonenenergie von 4 eV beträgt nach den Berechnungen im Anhang I 5,0 GW m<sup><small>-2</small></sup>. Zum Vergleich: Ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlekraftwerk Kohlekraftwerk] erzeugt insgesamt etwa 5 GW, also die gleiche Menge an NPE, die einen Quadratmeter durchdringt. Wie weiter unten beschrieben, beträgt die von uns bisher ermittelte [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsdichte Leistungsdichte] weitaus weniger als die verfügbare [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistung_(Physik) Leistung], reicht aber völlig aus, um [https://de.wiktionary.org/wiki/praktikabel praktikable] Leistungswerte zu erzielen.

== Gerätebeschreibung und Ergebnisse ==
=== Der Geräteaufbau ===

Abbildung 3(a) zeigt den Querschnitt eines der Bauelemente, die in unserem Labor gefertigt werden.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig03ab_640x169.png|frameless|640px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 3: (a)''' Querschnitt durch das Bauelement, der eine Metall/Isolator/Metall-Struktur (MIM) zeigt, welche an einen optischen Hohlraum angrenzt. Der positive Strom fließt in Richtung des Pfeiles. '''(b)''' Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Draufsicht eines fertigen MIM-Bauelementes. Beide Bilder stammen aus der Veröffentlichung von Moddel (2021a).</div>

Das Bauelement besteht aus einem optischen Hohlraum, der auf einer Metall/Isolator/Metall (MIM)-Diode aufgebracht ist. Der optische Hohlraum, auch Casimir-Hohlraum genannt, besteht, wie später in diesem Artikel noch erläutert werden wird, aus zwei reflektierenden Schichten, welche ein transparentes [https://de.wikipedia.org/wiki/Dielektrikum dielektrisches Medium] umgeben – entweder ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Polymer Polymer], genauer gesagt [https://de.wikipedia.org/wiki/Polymethylmethacrylat Polymethylmethacrylat] (PMMA), oder das Oxid [https://de.wikipedia.org/wiki/Siliciumdioxid SiO<sub><small>2</small></sub>]. Die Stärke des Hohlraumes beträgt zwischen 33 nm und 1100 nm. Die MIM-Diode besteht aus einer halbtransparenten [https://de.wikipedia.org/wiki/Palladium Palladium]schicht mit einer Stärke von 8,3 nm und einer dickeren [https://de.wikipedia.org/wiki/Nickel Nickel]schicht, die einen sehr dünnen [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolator] mit einer Stärke von 2 nm umgibt. Der Isolator ist so dünn, dass ihn [https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsträger_(Physik) Ladungsträger] [https://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt durchtunneln] können.

Die Bauelemente werden mit den in Moddel u.a. (2021a) beschriebenen Mikrofertigungstechniken hergestellt. Es wurden zwar Bauelemente mit einer breiten Palette an Flächen hergestellt, doch die höchste [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsdichte Leistungsdichte] wurde bisher mit jenen erreicht, die im [https://de.wikipedia.org/wiki/Meter#Mikrometer Submikrometerbereich] liegen. Abbildung 3(b) zeigt eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Rasterelektronenmikroskop rasterelektronenmikroskopische] Aufnahme eines der Bauelemente. Der aktive Bereich, der aus der Überlappung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Palladium Palladium-] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Nickel Nickel]bereichen mit einem dünnen [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolator] zwischen beiden besteht, weist eine Fläche von 0,02 μm<sup><small>2</small></sup> auf. Über der MIM-Struktur ist ein optischer Casimir-Hohlraum ausgebildet worden.

=== Die Ergebnisse ===

Das Vorhandensein eines angrenzenden optischen Hohlraumes hat dazu geführt, dass die [https://de.wikipedia.org/wiki/Strom-Spannungs-Kennlinie Strom-Spannungs-Kennlinie] I(U) der MIM-[https://de.wikipedia.org/wiki/Diode Diode] radikal verändert wird. Ihr [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Widerstand Widerstand] wird hierdurch erheblich reduziert (Moddel, 2021b). Aber von noch entscheidender Bedeutung ist, dass es hierdurch zu einer Erzeugung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Energie elektrischer Energie] kommt. In Abbildung 4(a) ist die I(U)-Kurve für ein Bauelement mit einem 33 nm dicken [https://de.wiktionary.org/wiki/transparent transparenten] [https://de.wikipedia.org/wiki/Dielektrikum Dielektrikum] dargestellt. 

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig04a_360x303.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 4. (a)''' Strom als Funktion der Spannung für ein Bauelement mit einem 33 nm großen, mit PMMA gefüllten Hohlraum. Die Kurve verläuft durch den zweiten Quadranten des Diagrammes, der für die Erzeugung von elektrischer Energie steht. Die Leistungsdichte beträgt 70 W/m<sup><small>2</small></sup>.</div>

Verläuft eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Strom-Spannungs-Kennlinie I(U)-Kurve] nicht durch den Ursprung, kommt es zum Verbrauch oder zur Erzeugung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Energie elektrischer Energie] (I × U), wobei der zweite und der vierte [https://de.wikipedia.org/wiki/Quadrant Quadrant] der I(U)-Kurve jeweils für die Erzeugung von elektrischer Energie stehen.

Bemerkenswert daran ist die Tatsache, dass das Bauelement einen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom elektrischen Strom] erzeugt, ohne dass es hierfür einen offensichtlichen Energiezufluss gibt. Die Kennzahlen für die Fläche und die [https://de.wikipedia.org/wiki/Strom-Spannungs-Kennlinie I(U)-Kennlinie] des gezeigten Bauelementes entsprechen einer Energieerzeugung von 70 W/m<sup><small>2</small></sup>. Das entspricht etwa einem Drittel der von [https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle Solarzellen] erzeugten [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistung_(Physik)#Elektrische_Leistung Leistung] pro [https://de.wikipedia.org/wiki/Flächenmaß Flächeneinheit]. Da dieses Bauelement noch keine Optimierung erfahren hat und sich prinzipiell [https://de.wiktionary.org/wiki/stapeln stapeln] lässt, sind für die Zukunft sehr beachtliche und praktikable Leistungswerte zu erwarten – vorausgesetzt, dass sich dieses Konzept in der Weise [https://de.wikipedia.org/wiki/Skalierbarkeit skalieren] lässt, wie es offenbar der Fall ist.

Wie später in diesem Artikel noch erläutert wird, zeichnet sich die NPE dadurch aus, dass die [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte Energiedichte] mit abnehmender Stärke des optischen Hohlraumes immer weiter sinkt. Die Werte in Abbildung 4(b) weisen genau einen solchen Trend auf, wobei die Leistung von Bauelementen für schmalere Hohlräume, welche mit [https://de.wikipedia.org/wiki/Polymethylmethacrylat PMMA] oder mit [https://de.wikipedia.org/wiki/Siliciumdioxid SiO<sub><small>2</small></sub>] gefüllt sind, zunimmt.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig04b_360x283.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:center;">'''Abbildung 4: (b)''' Kurzschlussstrom als Funktion der Kavitätsstärke für PMMA- und SiO<sub><small>2</small></sub>-gefüllte Kavitäten (aus Moddel, 2021a). Die Leistung nimmt mit zunehmender Stärke des Hohlraumes ab, ein Zeichen für NPE.</div>

=== Die Überprüfung auf Artefakte ===

Die hier dargestellten Trends wurden in vielen Tausenden von Bauelementen reproduziert, welche wiederum in Dutzenden von Chargen gefertigt wurden, wenn auch mit erheblichen Variationen von Bauelement zu Bauelement, was auf die unzulänglich kontrollierten Herstellungsparameter unseres derzeitigen Fertigungsprozesses zurückzuführen ist. Um zu überprüfen, ob die Bauelemente tatsächlich [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] erzeugen, wurden von uns neun mögliche [https://de.wikipedia.org/wiki/Artefakt_(Technik) Artefakte] eingehend untersucht (Moddel 2021a). Die wichtigsten Ergebnisse finden sich zusammengefasst in Anhang II. Nach unserem Kenntnisstand kann kein mögliches Artefakt für die beobachteten Ergebnisse verantwortlich gemacht werden.

== Die Hindernisse auf dem Weg zur Gewinnung von Nullpunktsenergie ==
=== Der allgemeine Grundzustand ===

Bei der NPE handelt es sich um den allgemeinen [https://de.wikipedia.org/wiki/Grundzustand Grundzustand], und daraus ergibt sich, dass sich ohne einen [https://de.wikipedia.org/wiki/Gradient Gradienten] (Neigung) oder eine Stufe in der Dichte der NPE keine Strömung ausbilden kann. Eine Veränderung dieses Grundzustandes lässt sich jedoch herbeiführen, denn diese ist abhängig von der [https://de.wikipedia.org/wiki/Geometrie Geometrie]. Im Jahr 1948 schlug [https://de.wikipedia.org/wiki/Hendrik_Casimir Hendrik Casimir] vor, dass die [https://de.wikipedia.org/wiki/Dichte Dichte] der NPE zwischen zwei eng benachbarten Spiegeln geringer ist als außerhalb von ihnen (Casimir, 1948). So sind in diesem Casimir-Hohlraum nur solche [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle elektromagnetischen] Nullpunkts[https://de.wikipedia.org/wiki/Mode_(Physik) moden] möglich, deren [https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenlänge Wellenlänge] das Doppelte des Abstandes des optischen Hohlraumes geteilt durch eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Ganze_Zahl Ganzzahl] beträgt – und alle Wellenlängen, die größer als das Doppelte des Abstandes sind, sind blockiert. Die Verringerung der Modendichte ist in Abbildung 5 dargestellt.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig05_360x217.jpg|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 5.''' Darstellung der optischen Moden in einem Casimir-Hohlraum, in dem nur bestimmte Wellenlängen möglich sind und langwellige elektromagnetische Nullpunktsmoden blockiert sind (Abbildung aus Kingsbury [2009]).</div>

Wie noch zu zeigen sein wird, nutzen unsere Bauelemente einen angrenzenden optischen Hohlraum, um in der Dichte der NPE eine Stufe auszubilden.

=== Kurzlebige Fluktuationen ===

Die [https://de.wikipedia.org/wiki/Heisenbergsche_Unschärferelation Heisenbergsche Unschärferelation] beschreibt die Begrenztheit in der [https://de.wikipedia.org/wiki/Genauigkeit Genauigkeit], mit der die Werte bestimmter [https://de.wikipedia.org/wiki/Komplementäre_Observablen komplementärer Paare] von [https://de.wikipedia.org/wiki/Physikalische_Größe physikalischen Größen] gemessen werden können. Ein solches Paar ist die [https://de.wikipedia.org/wiki/Energie Energie] und die [https://de.wikipedia.org/wiki/Zeit Zeit]. Je geringer die Ungenauigkeit in der Energie (ΔE) eines Teilchens ist, desto größer muss die Ungenauigkeit in der Zeit (Δt) sein, in der dieses beobachtet werden kann. Für ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum Vakuum] bedeutet dies, dass die [https://de.wikipedia.org/wiki/Fluktuation#Fluktuation_in_der_Naturwissenschaft Fluktuationen] der NPE von großer Energie nur für kurze Zeit bestehen können. Zum Beispiel bestehen Fluktuationen mit einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Energiegehalt Photonenenergie] von 2 eV (entspricht rotem Licht) nur für die Dauer von 0,16 fs (eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Sekunde#Mit_der_Sekunde_zusammenhängende_Einheiten Femtosekunde] beträgt 0,000&#8239;000&#8239;000&#8239;000&#8239;001 Sekunden). Es wurde die Theorie entwickelt, nach der eine Energie ΔE für eine Dauer Δt aus dem Vakuum geliehen werden kann, solange diese wieder zurückgegeben wird (Ford, 1991; Davies & Ottewill, 2002; Huang & Ford, 2015). Daher habe ich mir die Frage gestellt, was geschehen würde, wenn die Energie der Fluktuation auf extrem schnelle Weise eingefangen werden könnte, so dass sie nicht wieder zurückgegeben werden kann. Wie im Abschnitt zum Gerätekonzept erläutert, nutzen unsere Bauelemente den femtosekundenschnellen Einfang [https://de.wiktionary.org/wiki/transitorisch transitorischer] energieaufgeladener Teilchen.

=== Virtuelle Teilchen ===

Trifft eine ausreichend große Menge an [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle elektromagnetischer Strahlung] auf eine Metalloberfläche, werden durch diese [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektronen] [https://de.wiktionary.org/wiki/emittieren emittiert], wie in Abbildung 6 dargestellt. Dieser [https://de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt photoelektrische Effekt] wurde 1887 von [https://de.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz Heinrich Hertz] beobachtet und 1905 von [https://de.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein Einstein] mit Bezug auf die [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Energiegehalt Photonenenergie] erklärt.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig06_360x255.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 6.''' Der photoelektrische Effekt, bei dem die auf eine Metalloberfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung die Emission von Elektronen bewirkt. (Bild aus Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect.svg)</div>

Angesichts der allgegenwärtigen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Wechselwirkung elektromagnetischen] Nullpunktshintergrundfelder, wie sie in Abbildung 1 dargestellt sind, stellt sich die Frage, warum sich die [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenemission Emission von Elektronen] infolge dieser Felder nicht bei sämtlichen Metalloberflächen beobachten lässt. Die Antwort auf diese Frage liegt in der Kurzlebigkeit der im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen [https://de.wikipedia.org/wiki/Fluktuation#Fluktuation_in_der_Naturwissenschaft Fluktuationen]. Für das oben beschriebene Beispiel einer 2 eV-Strahlung (rotes Licht) beläuft sich dieser Wert auf lediglich 0,16 fs. Eine einfache Berechnung zeigt, dass ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektron] in dieser Zeit eine Strecke von gerade einmal 1 [https://de.wikipedia.org/wiki/Ångström_(Einheit) Å] (0,1 nm) zurücklegen würde, was in etwa der Entfernung zwischen zwei Atomen entspricht, bevor die geliehene Fluktuationsenergie zurückgegeben sein würde.

Eine andere Vorstellung von kurzlebigen Fluktuationen beruht auf dem Konzept der [https://de.wikipedia.org/wiki/Virtuelles_Teilchen virtuellen Teilchen]. Obwohl eine Unterscheidung zwischen realen und virtuellen Teilchen umstritten ist (Jaeger, 2019), werden [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle elektromagnetische Wellen] im [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuum] der NPE im Allgemeinen als virtuell betrachtet. Bei virtuellen Wellen und Teilchen handelt es sich demnach um flüchtige [https://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumfluktuation Quantenfluktuationen], deren Existenz durch die [https://de.wikipedia.org/wiki/Heisenbergsche_Unschärferelation Unschärferelation] zeitlich begrenzt ist, und über die die [https://de.wikipedia.org/wiki/Fundamentale_Wechselwirkung Wechselwirkungen] zwischen den anderen Teilchen vermittelt werden. Da sie nur über ihre Auswirkungen auf andere Teilchen beobachtet werden können, lässt sich ein „bloßes“ virtuelles Teilchen nicht einfangen. Sie lassen sich jedoch in reale Teilchen umwandeln. Im Zusammenhang mit dem dynamischen [https://de.wikipedia.org/wiki/Casimir-Effekt Casimir-Effekt] hat sich gezeigt, dass die effektive Bewegung der Spiegel eines Casimir-Hohlraumes, die mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, dazu führt, dass virtuelle Fluktuationen in reale [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon Photonen] umgewandelt werden (Wilson et al., 2011). Lassen sich also durch das ultraschnelle Einfangen auch virtuelle Teilchen in reale umwandeln? Ausgehend von einem Vergleich mit [https://de.wikipedia.org/wiki/Evaneszenz evaneszenten] optischen [https://de.wikipedia.org/wiki/Mode_(Physik) Moden] behaupte ich, dass die Antwort „ja“ lauten könnte.

Bei [https://de.wikipedia.org/wiki/Evaneszenz evaneszenten Wellen] handelt es sich um [https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingung oszillierende] [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle elektromagnetische Wellen], die sich nicht ausbreiten, sondern einfach nur an einem Ort verbleiben. Solche evaneszenten Wellen gleichen [https://de.wikipedia.org/wiki/Virtuelles_Teilchen virtuellen Photonen] (Stahlhofen, 2006). Eine solche evaneszente Welle entsteht an einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Grenzfläche Grenzfläche], an der es zu einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Totalreflexion Totalreflexion] kommt. Bei der Totalreflexion handelt es sich um ein optisches Phänomen, welches in einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Prisma_(Optik) Prisma] auftritt, wenn das [https://de.wikipedia.org/wiki/Licht Licht] in einem Winkel einfällt, der größer ist als der [https://de.wikipedia.org/wiki/Kritischer_Winkel kritische Winkel], so wie in Abbildung 7(a) dargestellt.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig07_360x112.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 7.''' Umwandlung von evaneszenten Wellen in sich ausbreitende Wellen. '''(a)''' Interne Totalreflexion in einem Prisma, wobei sich die evaneszente Welle über das Prisma hinaus ausbreitet. '''(b)''' Ein zweites Prisma, das mehrere Wellenlängen vom ersten Prisma entfernt ist, beeinflusst diese evaneszente Welle in keiner Weise. '''(c)''' Ein zweites Prisma, das nur den Bruchteil einer Wellenlänge vom ersten Prisma entfernt ist, verhindert die Totalreflexion und führt zu einer sich ausbreitenden Welle. Eine Bemerkung am Rande: Der Abstand der evaneszenten Kopplung wird durch dieselbe ΔEΔt-Unschärferelation begrenzt, welche auch die Nullpunktsfluktuationen kontrolliert (Moddel, unveröffentlicht).</div>

Die [https://de.wikipedia.org/wiki/Evaneszenz evaneszente Welle] reicht über das Prisma hinaus, fällt aber innerhalb eines Bruchteils der [https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenlänge Wellenlänge] [https://de.wikipedia.org/wiki/Exponentieller_Prozess exponentiell] ab. Wird ein zweites Prisma in einem Abstand von mehr als einer Wellenlänge vom ersten platziert, so wie in Abbildung 7(b) dargestellt, wird die evaneszente Welle hiervon nicht beeinflusst. Befindet sich das zweite Prisma jedoch nur einen winzigen Bruchteil einer Wellenlänge vom ersten entfernt, kommt es zu einer evaneszenten Kopplung – die zuvor stationäre Welle verwandelt sich in eine sich ausbreitende Welle, so wie in Abbildung 7(c) dargestellt. Auf diese Weise wird die [https://de.wikipedia.org/wiki/Totalreflexion Totalreflexion] verhindert (Hecht, 2017). Durch die Nähe zu einem zweiten Prisma verwandelt die evaneszente Welle sich also in eine sich ausbreitende Welle – ein sichtbares Beispiel für das [https://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt Quantentunneln] durch den engen Spalt.

Der gleiche Prozess ereignet sich in unseren Bauelementen, in denen eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Totalreflexion#Abklingende_Welle abklingende Welle] sich an einer Barriere zu einer sich ausbreitenden Welle verwandelt, wenn der Barrierebereich nur dünn genug ist. Dies ist in Abbildung 8 dargestellt, wo die einfallende Welle aus den [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektronen] in einer Metallschicht (wie der oberen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Elektrode] in unserem Bauelement) besteht.

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig08_360x302.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 8.''' Die evaneszente Kopplung in einem Metall/Isolator/Metall-Bauelement. Der Isolator bildet eine Barriere, die von der Elektronenwelle quantenmechanisch durchtunnelt wird, was einer evaneszenten Kopplung gleichkommt. Das Quantentunneln unterliegt der gleichen ΔEΔt-Unschärferelation, durch die auch die Nullpunktsfluktuationen beschränkt werden (Fertig, 1990). (Abbildung reproduziert aus Bhansali et al., 2010).</div>

Die Barriere stellt einen [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolator] dar. Ist diese Isolatorschicht ausreichend dünn, dann [https://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt tunnelt] ein Teil der Elektronenwelle hindurch und wird auf die zweite Metallschicht (in unserem Bauelement die [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Basiselektrode]) übertragen. Die energiereichen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektronen] werden dann in dieser zweiten Metallschicht sofort eingefangen. Wie im nächsten Abschnitt beschrieben, bildet dieser Elektronentransport den zweiten Schritt innerhalb einer Kette von [https://de.wikipedia.org/wiki/Virtuelles_Teilchen virtuellen Teilchen].

== Das Konzept des Bauelementes ==

Das Konzept für das Bauelement zur Gewinnung von NPE wurde vor fünf Jahren entwickelt und vor drei Jahren zur vorläufigen [https://de.wikipedia.org/wiki/Patentanmeldung Patentanmeldung] eingereicht – und vor Kurzem wurde das [https://patents.google.com/patent/US11133758B2/en?oq=US11133758 Patent erteilt] (Moddel, 2021c). Nachfolgende experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, dass die effektive Struktur und die Ausgangscharakteristik des Bauelementes, die in den Abbildungen 3 und 4 dargestellt sind, exakt dem entsprechen, was prognostiziert wurde. Das Funktionieren des Bauelementes scheint, wie weiter unten beschrieben, das Ergebnis einer [https://de.wiktionary.org/wiki/asymmetrisch Asymmetrie] zu sein, welche durch das Vorhandensein eines angrenzenden Casimir-Hohlraumes hervorgerufen wird. Derzeit handelt es sich bei diesem [https://de.wikipedia.org/wiki/Funktionsmodell Funktionsmodell] noch um eine spekulative Variante, und es ist durchaus möglich, dass der Aufbau des Gerätes die Energiegewinnung rein zufällig mittels eines ganz anderen Mechanismus ermöglicht hat. Im Folgenden beschreibe ich das offensichtliche Funktionsprinzip.

Das Bauelement für die Gewinnung von NPE basiert auf MIM-[https://de.wikipedia.org/wiki/Diode Dioden] – Bauelementen, welche durch unser Labor bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten entwickelt und gefertigt werden, um eine extrem schnelle [https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter Gleichrichtung] zu erzielen (Grover & Moddel, 2012). Diese Bauelemente funktionieren mittels einer ultradünnen Barriere, die den [https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsträger_(Physik) Ladungsträgern], also den [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektronen] oder den [https://de.wikipedia.org/wiki/Defektelektron Elektronenlöchern], das [https://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt Tunneln] ermöglicht (siehe Abbildung 8). (Obwohl sich der Begriff „Diode“ in der Regel auf Bauelemente bezieht, die den [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] bevorzugt in eine Richtung fließen lassen, weisen die MIM-Dioden bezüglich des Stromflusses nicht notwendigerweise eine [https://de.wiktionary.org/wiki/asymmetrisch Asymmetrie] auf.) Das Durchtunneln bzw. die [https://de.wikipedia.org/wiki/Angeregter_Zustand Anregung] durch den 1 bis 3 nm dicken [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolator] erfolgt innerhalb von etwa 1 fs. Die Bauelemente zur Gewinnung der NPE weisen MIM-Dioden auf, die über eine ausreichend dicke Basisschicht (> 35 nm) verfügen, um undurchsichtig zu sein, sowie über eine dünnere (~10 nm) halbtransparente obere [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Elektrode].

Der [https://de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt photoelektrische Effekt], wie in Abbildung 6 dargestellt, führt an der offenen Oberfläche zur [https://de.wiktionary.org/wiki/Emission Emission] von [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektronen]. Ist die Metallschicht ausreichend dünn, so erzeugen die angeregten Elektronen an der inneren Oberfläche auch noch eine interne [https://de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt Photoemission] (auch Photoinjektion genannt). Abbildung 9(a) zeigt eine MIM-Diode mit einer halbtransparenten oberen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Elektrode].

<div style="margin: 1.5em 0 1em 1em;">[[Datei:Moddel-capt-fig09_360x276.png|frameless|360px|none|link=]]</div>
<div style="width:640px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">'''Abbildung 9.''' Querschnitte der Bauelemente zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips. '''(a)''' MIM-Diode mit einer dünnen oberen Elektrode, welche die Photoinjektion von Ladungen aus elektromagnetischen Nullpunktsfluktuationen des freien Raumes ermöglicht. Der Abwärtsfluss der photoinjizierten Ladung sowie der intern angeregten Ladung wird durch den Aufwärtsfluss der intern angeregten Ladung ausgeglichen. '''(b)''' MIM-Diode mit einem angrenzenden Casimir-Hohlraum über der oberen Elektrode, welcher zur Unterdrückung der Photoinjektion führt und den Abwärtsfluss der Ladung reduziert.</div>

An der oberen Oberfläche regt die einfallende Nullpunktsstrahlung heiße [https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsträger_(Physik) Ladungsträger] an, welche zum Abwärtsfluss von Ladungen beitragen. Darüber hinaus regen auch interne NPE-Fluktuationen in der oberen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Elektrode] [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Ladung Ladungen] an, die ebenfalls zu diesem Abwärtsfluss beitragen. Die Kombination aus Photoinjektion und intern angeregten Ladungen führt zu dem durch einen Pfeil auf der linken Seite dargestellten Abwärtsfluss. Der effektiv erzeugte [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] unterliegt denselben Beschränkungen, die jeden durch die NPE angeregten Strom, wie er durch die in Abbildung 6 gezeigte [https://de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt photoelektrische] Konfiguration hervorgerufen wird, blockieren. Ich bezeichne dies vereinfacht als virtuellen Strom.

In ähnlicher Weise werden durch interne [https://de.wikipedia.org/wiki/Fluktuation#Fluktuation_in_der_Naturwissenschaft Fluktuationen] der NPE in der Basis[https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode elektrode] [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Ladung Ladungen] [https://de.wikipedia.org/wiki/Angeregter_Zustand angeregt], die zu einem Aufwärtsstrom führen. Es existiert jedoch kein Photoinjektionsstrom, der zu diesem Aufwärtsstrom beitragen könnte, da die Basiselektrode zu dick ist, als dass die an der unteren Oberfläche erzeugten photoangeregten Ladungen die Elektrode bis zum [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolator] durchqueren könnten, bevor sie [https://de.wikipedia.org/wiki/Streuung_(Physik) gestreut] werden. Da die Basiselektrode dicker ist als die obere Elektrode, werden durch sie mehr interne Ladungen erzeugt, wodurch der gesamte aufwärts gerichtete Ladungsfluss gleich dem abwärts gerichteten ist.

Ziehen wir nun eine identische MIM-[https://de.wikipedia.org/wiki/Diode Diode] in Betracht, die über der oberen Elektrode zusätzlich einen Casimir-Hohlraum besitzt, so wie in Abbildung 9(b) dargestellt. Wie bereits in Abbildung 5 gezeigt, weist die elektromagnetische Nullpunktsmodendichte in einem Casimir-Hohlraum einen niedrigeren Wert auf als die Modendichte im freien Raum. Dadurch ist der Photoinjektionsstrom partiell reduziert und der abwärts gerichtete Ladungsfluss verringert. Da der zusätzliche Casimir-Hohlraum auf den Aufwärtsstrom keinen negativen Einfluss hat, ergibt sich nun ein Nettoladungsfluss in Aufwärtsrichtung. Bezüglich des beobachteten Stroms handelt es sich um eine vereinfachte konzeptionelle Erklärung. Die tatsächlichen Mechanismen sind jedoch wesentlich komplexer und beinhalten sowohl die [https://de.wiktionary.org/wiki/Emission Emission] elektromagnetischer Moden in den Hohlraum hinein als auch die [https://de.wiktionary.org/wiki/Absorption Absorption] aus dem Hohlraum heraus. Diese unterliegen den Einschränkungen der [https://de.wikipedia.org/wiki/Heisenbergsche_Unschärferelation Unschärferelation], da die Nullpunktsanregungen [https://de.wiktionary.org/wiki/transient transienter] Natur sind und sowohl [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektronen] als auch [https://de.wikipedia.org/wiki/Defektelektron Elektronenlöcher] zu dem Strom beitragen können.

Zu der Ereigniskette, die das Einfangen von NPE möglich macht, kann ich nur spekulieren. [https://de.wikipedia.org/wiki/Virtuelles_Teilchen Virtuelle Photonen] treffen auf die obere [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Elektrode] und erzeugen einen virtuellen Strom von [https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsträger_(Physik) Ladungsträgern], welcher dann die dünne Metallschicht und den [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolator] durchquert und schließlich in der Basiselektrode eingefangen wird. Genauso wie virtuelle Photonen, die eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Evaneszenz evaneszente] Welle bilden, in reale, sich ausbreitende [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon Photonen] umgewandelt werden, sofern eine evaneszente Kopplung vorhanden ist, werden auch die virtuellen Photonen und der anschließende virtuelle Ladungsstrom in einen realen Ladungsstrom umgewandelt, der den Isolator [https://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt durchtunnelt] und in der Basiselektrode unserer Bauelemente eingefangen wird. Anstatt sich auf den Begriff der virtuellen Teilchen zu beziehen, begrenzt die [https://de.wikipedia.org/wiki/Heisenbergsche_Unschärferelation Unschärferelation] ΔEΔt die Zeit, die für diesen Prozess zur Verfügung steht. Gelingt es, den Transit und das Einfangen innerhalb von etwa 1 fs zu absolvieren, lässt sich die Energie einfangen – anderenfalls wird die Energie wieder zurückgegeben. Selbst wenn der Prozess nicht innerhalb der im Abschnitt über kurzlebige Fluktuationen beschriebenen 0,16 fs abgeschlossen werden kann, lässt sich ein gewisser Teil des verfügbaren Stroms einfangen, auch durch Anregungen mit niedrigerer Energie und daher von längerer Lebensdauer. Das Vorhandensein des angrenzenden Casimir-Hohlraumes stört das Gleichgewicht des virtuellen Ladungsflusses, das mit diesem bestehen würde, so dass der Nettoladungsfluss nach oben gerichtet ist.

Dieses [https://de.wikipedia.org/wiki/Funktionsmodell Funktionsmodell] ist bestenfalls [https://de.wikipedia.org/wiki/Hypothese hypothetisch] zu nennen und bei weitem nicht [https://de.wiktionary.org/wiki/stringent stringent]. Hingegen wurde ein strenges Quantenmodell (Ford, 2022) vorgeschlagen, um den Anstieg der [https://de.wikipedia.org/wiki/Leitfähigkeit Leitfähigkeit] zu erklären, der sich infolge eines angrenzenden Casimir-Hohlraumes (Moddel, 2021b) einstellt – das die beobachtete Energieerzeugung jedoch nicht zu erklären vermag.

== Die Hauptsätze der Thermodynamik ==

Der [https://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik Zweite Hauptsatz der Thermodynamik] beschreibt die Grenzen jener [https://de.wikipedia.org/wiki/Wärme Wärmemenge], die sich in [https://de.wikipedia.org/wiki/Arbeit_(Physik) Arbeit] umwandeln lässt, sowie die Unmöglichkeit der Umwandlung von Wärme in Arbeit, wenn diese die gleiche Temperatur besitzt wie ihre Umgebung. Vom Zweiten Hauptsatz existieren unterschiedliche Versionen (Cápek & Sheehan, 2005), von denen die meisten das Temperaturkonzept beinhalten. Da die NPE auch bei Abwesenheit von Temperatur vorhanden ist, setzt eine Analyse der Möglichkeit zur Gewinnung von NPE eine Version des Zweiten Hauptsatzes voraus, die keine Temperatur zur Voraussetzung hat. [https://de.wikipedia.org/wiki/Max_Planck Plancks] Version des Zweiten Hauptsatzes besagt: „Jeder … Prozess, der sich in der Natur ereignet, läuft in der Weise ab, dass sich die Summe der Entropien aller beteiligten Körper … erhöht.“ Da Arbeit (einschließlich [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Energie elektrischer Energie]) eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Entropie Entropie] von null aufweist, würde die Umwandlung einer entropiehaltigen Energiequelle, z. B. [https://de.wikipedia.org/wiki/Wärme Wärme], gegen den Zweiten Hauptsatz verstoßen, es sei denn, die überschüssige Entropie wird über einen Wärmeverlust abgeführt. Die Entropie ist ein Maß für die Anzahl der Optionen, die ein System der Energieverteilung zur Verfügung stellt. Die NPE stellt im freien Raum den einzigen [https://de.wikipedia.org/wiki/Grundzustand Grundzustand] dar, die einzige Möglichkeit, und besitzt daher null Entropie (Boyer, 2002). Aus diesem Grund steht es uns frei, die NPE im freien Raum in Arbeit umzuwandeln, ohne gegen den Zweiten Hauptsatz zu verstoßen.

Anders verhält es sich bei einem Casimir-Hohlraum, dessen [https://de.wikipedia.org/wiki/Entropie Entropie] ungleich null ist und die einen Bezug zum Hohlraumabstand aufweist (Revzen et al., 1997). Wird der Hohlraumabstand im Zuge der Energieentnahme variiert, z. B. über die Nutzung der Casimir-Kraft zur Erzeugung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Arbeit_(Physik) Arbeit], dann ändert sich die Entropie des Systems. Um die Notwendigkeit zu vermeiden, die Entropie des Systems verringern zu müssen und somit die [https://de.wikipedia.org/wiki/Max_Planck Plancksche] Version des Zweiten Hauptsatzes zu verletzen, müsste also [https://de.wikipedia.org/wiki/Wärme Wärme] abgeführt werden, um auf diese Weise [https://de.wikipedia.org/wiki/Entropie Entropie] abzutragen. Dies würde die Menge an NPE, welche in Arbeit umgewandelt werden könnte, einschränken – soweit dies überhaupt möglich ist. In dem hier beschriebenen System zur Gewinnung von NPE kommt es jedoch zu keinerlei Änderung des Hohlraumabstandes und somit auch zu keiner Änderung der inneren Entropie. Daher lässt sich die NPE in Arbeit umsetzen, ohne dass es zwangsläufig zu einer Verletzung des [https://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik Zweiten Hauptsatzes] kommen muss.

Sollte also aus den [https://de.wikipedia.org/wiki/Fluktuation#Fluktuation_in_der_Naturwissenschaft Fluktuationen] des [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuums] tatsächlich NPE gewonnen werden können, dann stellt sich die entscheidende Frage nach der Natur der ihr zugrunde liegenden [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiequelle Energiequelle]:

* Die NPE ist fester Bestandteil der [https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik Quantenmechanik], was zu der beunruhigenden Vorstellung führt, dass die Menge an NPE in einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Geschlossenes_System geschlossenen System] gleich bliebe, auch wenn man diesem System NPE entnehmen würde. Die Entnahme von NPE würde dann gegen den [https://de.wikipedia.org/wiki/Energieerhaltungssatz Energieerhaltungssatz], den [https://de.wikipedia.org/wiki/Erster_Hauptsatz_der_Thermodynamik Ersten Hauptsatz der Thermodynamik], verstoßen, selbst wenn sie nicht gegen den [https://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik Zweiten Hauptsatz] verstoßen würde.

* Eine alternative Auffassung von NPE beschreibt die [https://en.wikipedia.org/wiki/Stochastic_electrodynamics stochastische Elektrodynamik] (Boyer, 1975), eine faszinierende, jedoch unvollständige klassische Alternative zur [https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik Quantenmechanik], bei der der [https://de.wikipedia.org/wiki/Raum_(Physik) Raum] von echter [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Wechselwirkung elektromagnetischer] NPE erfüllt ist, welche sich dynamisch zwischen [https://de.wikipedia.org/wiki/Materie_(Physik) Materie] und Raum hin und her bewegt. Ein Modell der stochastischen Elektrodynamik würde die Extraktion von NPE ermöglichen, ohne den [https://de.wikipedia.org/wiki/Erster_Hauptsatz_der_Thermodynamik Ersten] oder [https://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik] zu verletzen.

* Schließlich spekuliere ich auf ein „thermisches Modell“, in dem die Quelle für NPE letztendlich thermischer Natur ist. Die NPE und die [https://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Energie thermische Energie] sind eng miteinander verbunden (Boyer, 2012), doch die Vorstellung, dass es zwischen diesen beiden Gebilden zu einem Energieaustausch kommt, wird mit Sicherheit nicht akzeptiert werden. Sollte sich allerdings zeigen, dass die Entnahme von NPE aus einem System letztlich die thermische Energie dieses Systems anzapft, dann würde die Entnahme von NPE zu einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Abkühlung Abkühlung] des Systems führen, was einen Verstoß gegen gleich mehrere Versionen des [https://de.wikipedia.org/wiki/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik Zweiten Hauptsatzes] bedeuten würde.

Sollten unsere Bauelemente tatsächlich durch NPE gespeist werden, könnte eine Untersuchung des Prozesses der Energieentnahme dazu beitragen, die eigentliche Quelle für diese Energie zu ermitteln.

== Fazit ==

Machen wir uns etwas vor? Wir haben zahlreiche Tests darauf überprüft, ob es sich bei ihren Ergebnissen um [https://de.wikipedia.org/wiki/Artefakt_(Technik) Artefakte] handelt, und sie waren allesamt negativ (eine kurze Beschreibung dazu finden Sie in Anhang II). Vor kurzem haben mehrere Institute, die für ihre [https://de.wikipedia.org/wiki/Messabweichung Messgenauigkeit] bekannt sind, unsere Bauelemente in einer streng kontrollierten Umgebung getestet und dabei die von uns gemessenen Werte [https://de.wiktionary.org/wiki/reproduzieren reproduziert] (noch nicht veröffentlicht). Über Dutzende von verschiedenen Testläufen und Tausende von Messungen hinweg konnten wir [https://de.wikipedia.org/wiki/Widerspruchsfreiheit konsistente] [https://de.wikipedia.org/wiki/Trend_(Statistik) Trends] feststellen.

Was wir beobachten, ist [https://de.wikipedia.org/wiki/Realität Realität] – doch worauf ist diese zurückzuführen? Ich streite ständig mit mir selbst und mit jedem, der sich einbringt, darüber, ob die zu beobachtende Energieerzeugung auf die NPE zurückzuführen ist oder ob es da noch eine andere Quelle gibt. Die Ausgangsleistung setzt einen angrenzenden optischen Hohlraum voraus und variiert im umgekehrten Verhältnis zur Stärke des Hohlraumes, was mit der NPE als Quelle im Einklang steht. Die Leistung variiert ebenfalls mit der Stärke des [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolators] sowie der oberen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Elektrode] in einer Weise, die wiederum mit der Photoinjektion im Einklang steht. Jüngste Beobachtungen haben gezeigt, dass der Effekt sich mit abnehmender Temperatur nicht verringert (noch nicht veröffentlicht), was gleichfalls für die NPE als Quelle spricht.

Die Theorie der [https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenelektrodynamik Quantenelektrodynamik] ist bezüglich des [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuums] und der NPE sehr [https://de.wiktionary.org/wiki/stringent stringent], allerdings in Bezug auf die Natur der NPE immer noch nicht eindeutig. So werden nach wie vor neue Eigenschaften des [https://de.wikipedia.org/wiki/Casimir-Effekt Casimir-Effektes] entdeckt. In Anbetracht des sich entwickelnden Charakters unseres Verständnisses von der NPE stellt sich die Frage: Muss hier die [https://de.wikipedia.org/wiki/Theorie Theorie] vorangehen und das [https://de.wikipedia.org/wiki/Experiment Experiment] folgen? Betrachtet man die Geschichte des wissenschaftlichen Fortschritts, so würde ich dies bestreiten. „Wir sollten die grundlegende Tatsache nicht aus den Augen verlieren, dass es sich bei den wichtigsten experimentellen Ergebnissen gerade um solche handelt, für die es keine theoretische Interpretation gibt.“ (Anderson, 1990).

Wieso gibt es trotz all der verschiedenen Ansätze, die bereits vorgeschlagen wurden (Moddel & Dmitriyeva, 2019), noch keine weiteren eindeutigen Beobachtungen zur Gewinnung von NPE? Besteht die Möglichkeit, dass sich meine Vermutungen als richtig erweisen, nach denen der Schlüssel darin zu suchen ist, die Energie im [https://de.wikipedia.org/wiki/Sekunde#Mit_der_Sekunde_zusammenhängende_Einheiten Femtosekundenbereich] einzufangen, und dass unsere Bauelemente (soweit wir dies beurteilen können) mit der einzigartigen Fähigkeit ausgestattet sind, die Energie auf so schnelle Weise zu gewinnen und einzufangen?

Ein faszinierendes Abenteuer. Von noch größerer Bedeutung ist jedoch die Tatsache, dass die [https://de.wikipedia.org/wiki/Technologie Technologie], sollten diese Bauelemente tatsächlich in der Lage sein, die NPE zu gewinnen, die Zukunft einer Welt, die dringend eine saubere und vergleichsweise günstige [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiequelle Energiequelle] benötigt, wirklich grundlegend verändern könnte. Die Bauelemente, die wir derzeit fertigen, sind zwar winzig, doch hat die Technologie dieser Bauelemente bereits wiederholt ihre Fähigkeit zur [https://de.wikipedia.org/wiki/Skalierbarkeit Hochskalierung] unter Beweis gestellt. Sollte auch nur ein Bruchteil der von mir berechneten Leistung von 5 GW/m2 aus dem [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuum] zur Verfügung stehen, könnte damit die gesamte Menge an [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Energie Energie] bereitgestellt werden, die in absehbarer Zukunft von uns benötigt wird.

== Danksagung ==

Mein Dank gilt Ayendra Weerakkody, Dave Doroski und Dylan Bartusiak, dem Team, das die in Moddel (2021a) beschriebenen Bauelemente entworfen, gefertigt und getestet hat, als auch den jüngeren Mitgliedern des Teams, Bradley Pelz und Kyuyoung Bae. Ich bedanke mich bei Matt McConnell und Swapnil Mhatre für ihre Kommentare zu meinem Manuskript. Ohne die Ermutigung und die Unterstützung von Matt McConnell wäre dieses Unterfangen nicht möglich gewesen. Ein Großteil der Arbeit wurde von der Denver Foundation unterstützt, wofür ich sehr dankbar bin, und in jüngerer Zeit von der Radanta Corporation.

== Referenzen ==

Anderson, P. (1990). Solid-state experimentalists: Theory should be on tap, not on top. ''Physics Today'', 43(9), 9–10. [https://pubs.aip.org/physicstoday/article-abstract/43/9/9/406196/Solid-State-Experimentalists-Theory-Should-be-on?redirectedFrom=fulltext physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.2810678]

Bhansali, S., Krishnan, S., Stefanakos, E., & Goswami, D. Y. (2010, December). Tunnel junction based rectenna – A key to ultrahigh efficiency solar/thermal energy conversion. In ''AIP Conference Proceedings'', 1313(1), (pp. 79–83). American Institute of Physics. [https://pubs.aip.org/aip/acp/article-abstract/1313/1/79/870228/Tunnel-Junction-based-Rectenna-A-Key-to-Ultrahigh?redirectedFrom=PDF aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.3530572]

Boyer, T. H. (1975). Random electrodynamics: The theory of classical electrodynamics with classical electromagnetic zero-point radiation. ''Physical Review D'', 11(4), 790. [https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/Phys-RevD.11.790 journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/Phys-RevD.11.790]

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== Anhang I: Berechnung der Stromstärke und der Leistung, die das Quantenvakuum bereitstellt ==

Hier werden die verfügbare [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Stromstärke Stromstärke] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leistung Leistung] abgeleitet, wie sie sich aus der [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle elektromagnetischen] [https://de.wikipedia.org/wiki/Hintergrundstrahlung Hintergrundstrahlung] des [https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie Quantenvakuums] ergeben. Ich beginne mit der [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte Energiedichte] der elektromagnetischen [https://de.wikipedia.org/wiki/Mode_(Physik) Moden] im Raum, <math>\rho(hf)</math>, wie in Gleichung (1) angegeben. Obwohl der Vakuumzustand nur über virtuelle Photonen verfügt (Milonni, 2013), lässt sich eine grobe Berechnung zur Flussdichte von NPE-Photonen, welche auf eine Oberfläche treffen, wie folgt durchführen. Der Fluss ist gleich der Energiedichte geteilt durch die Photonenenergie <math>hf</math> mal der Photonengeschwindigkeit <math>c</math>. Genau wie beim klassischen Stefan-Boltzmann-Gesetz für Schwarzkörperstrahlung muss ein geometrischer Faktor von <math>^1/_4</math> eingerechnet werden. Der Photonenfluss pro Frequenzeinheit ergibt sich dann wie folgt:

{| style="margin: 1em 2em;"
| style="width: 34em;" | <div style="font-size: 130%; margin: 16px 0"><math>j = \rho(hf) \frac{c}{4hf}</math> .</div> || (2)
|}

Um den über einen Frequenzbereich verfügbaren Gesamtfluss zu ermitteln, wird der Ausdruck <math>\rho(hf)</math> aus Gleichung (1) in Gleichung (2) eingesetzt und der Fluss bis zu einer Grenzfrequenz <math>f_{co}</math> integriert. Behält man nur den rechten eingeklammerten NPE-Term <math>hf/2</math> aus Gleichung (1) bei, so beträgt der Gesamtfluss:

{| style="margin: 1em 2em;"
| style="width: 34em;" | <div style="font-size: 130%; margin: 16px 0"><math>\Delta J = \frac{\pi}{c^2} \int^{f_{co}}_{0} f^2df = \frac{\pi}{3h^3c^2} (hf_{co})^3</math> .</div> || (3)
|}

Dieser kumulierte Photonenfluss ist beträchtlich. Bei einer Grenzenergie von 4 eV beträgt er beispielsweise 10<sup><small>28</small></sup> [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon Photonen] m<sup><small>-2</small></sup> s<sup><small>-1</small></sup>, was einem Photonenstrom von 1,7 GA m<sup><small>-2</small></sup> entspricht, wobei der Photonenstrom als der [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom elektrische Strom] definiert ist, der erzeugt werden würde, wenn jedes einfallende Photon den Strom eines [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektron Elektrons] erzeugen würde. Um die verfügbare kumulative [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leistung Leistung] zu berechnen, wird der Photonenstrom für jede Energie in dem Integral in Gleichung (3) mit der [https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Energiegehalt Photonenenergie] multipliziert:

{| style="margin: 1em 2em;"
| style="width: 34em;" | <div style="font-size: 130%; margin: 16px 0"><math>P = \frac{\pi}{c^2} \int^{f_{co}}_{0} hf^3df = \frac{\pi}{4h^3c^2} (hf_{co})^4</math> .</div> || (4)
|}

Bei einem einheitlichen Grenzwert von 4 eV beträgt die verfügbare Leistung 5,0 GW m<sup><small>-2</small></sup>.

== Anhang II: Überprüfung auf Artefakte ==

Eine ausführliche Erörterung zu einem Großteil der Überprüfungen auf Artefakte findet sich in Moddel et al. (2021a), sofern nachfolgend keine anderen Referenzen aufgeführt sind.

So stellt sich unter anderem die Frage, ob es sich bei den beobachteten Ergebnissen nur um einen kurzfristigen Effekt handelt, der auf eine Aufladung der Oberflächen oder auf eine chemische Reaktion zurückzuführen ist. Um dies zu überprüfen, haben wir die Stromabgabe kontinuierlich über 4 Stunden und später über 24 Stunden gemessen, um zu schauen, ob sie abnimmt. Würde beispielsweise jedes [https://de.wikipedia.org/wiki/Molekül Molekül] des [https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtleiter Isolators] eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Ladung Ladung] einfangen, dann könnten diese den beobachteten [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] für die Dauer von 3 μs erzeugen. Wir konnten allerdings keine Veränderung in der Leistungsabgabe feststellen, auch nicht über den Zeitraum von 24 Stunden. Was wir beobachtet haben, stellt also keinen vorübergehenden Effekt dar.

Sollte das, was wir beobachtet haben, auf die Gewinnung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] über die aktive Fläche des Bauelementes zurückzuführen sein und nicht etwa auf Energie, welche aus einem anderen Teil des [https://de.wikipedia.org/wiki/Integrierter_Schaltkreis Schaltkreises] stammt, dann sollte der Strom mit der Fläche des Bauelementes skalieren. Wir konnten feststellen, dass der Strom für Flächen von 6 bis 10 000 μm2 mit der Fläche skaliert. In ähnlicher Weise sollte die [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leistung Leistung] mit der Anzahl der Bauelemente pro Baugruppe skalieren. Wir fanden heraus, dass zwei unterschiedliche Typen von 4×4-Anordnungen die vierfache Menge an [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Stromstärke Strom] und eine viermal so hohe [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Spannung Spannung] erzeugen wie einzelne Bauelemente, womit also die erwartete Skalierung eingetreten war.

Eine weitere Frage besteht darin, ob die Ausgangsleistung tatsächlich auf den angrenzenden optischen Hohlraum zurückzuführen ist oder ob sie aus der Art und Weise resultiert, wie die MIM-Struktur im Anschluss an ihre Fertigung bearbeitet wurde, um den angrenzenden Hohlraum zu schaffen. Wir haben die Bauelemente in drei verschiedenen Stadien ihrer Fertigung bis hin zur Einbringung des transparenten [https://de.wikipedia.org/wiki/Dielektrikum Dielektrikums] in den Hohlraum gemessen und dabei keinen Ausgangsstrom feststellen können – erst nach dem die abschließende Spiegelschicht aufgebracht worden war, kam es zur Leistungsabgabe. Somit ist die Leistung nicht auf einen Fehler in der Verarbeitung zurückzuführen, sondern kommt erst durch das fertiggestellte Bauelement zustande.

Es bestehen allerdings verschiedene Möglichkeiten dafür, dass die beobachtete Leistungsabgabe auf die unabsichtliche Aufnahme von [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Ladung Ladungen] oder [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Feld elektromagnetischen Feldern] zurückzuführen ist:

* Um zu ermitteln, ob der [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] möglicherweise auf [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Ladung Ladungen] auf dem Spiegel zurückzuführen ist, die bis zur MIM-Struktur vorgedrungen sind, haben wir den [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Widerstand Widerstand] des optischen Hohlraumes mit dem der MIM-Struktur verglichen. Für sämtliche Stärken des optischen Hohlraumes konnten wir feststellen, dass der Widerstand des Hohlraumes mindestens eine Million Mal so hoch war wie der der MIM-Struktur, so dass eine Ladung, die sich versehentlich auf dem Spiegel gebildet hat, nicht in jenen Bereich der MIM-Struktur vordringen konnte, über den wir den Strom gemessen haben (siehe Abbildung 3(a)).

* Kürzlich haben wir untersucht, ob eine an den Spiegel angelegte [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Spannung Spannung] in der Lage ist, einen [https://en.wikipedia.org/wiki/Field_effect_(semiconductor) Feldeffekt] zu erzeugen, welcher einen [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] durch die MIM-Struktur hindurch [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion induziert]. Selbst bei Spiegelspannungen von bis zu 10 V konnten wir keine Auswirkungen auf den MIM-Strom feststellen (Weerakkody, unveröffentlicht 2022).

* Um zu überprüfen, ob [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Störung elektromagnetische Störungen] vorliegen, haben wir die [https://de.wikipedia.org/wiki/Strom-Spannungs-Kennlinie I(U)-Kennlinien] eines Bauelementes in einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Mu-Metall Mu-Metall]-Box, welche [https://de.wikipedia.org/wiki/Niederfrequenz niedrige Frequenzen] blockiert, sowie in einer [https://de.wikipedia.org/wiki/Aluminium Aluminium]box, welche [https://de.wikipedia.org/wiki/Hochfrequenz höhere Frequenzen] blockiert, gemessen und dabei keine Veränderungen im Vergleich zu den Bauelementen festgestellt, die unter normalen Umgebungsbedingungen gemessen wurden.

[https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelektrizität Thermoelektrische] Spannungen, also Spannungen in Folge von Temperaturdifferenzen zwischen verschiedenen Positionen auf einem Bauelement oder innerhalb eines [https://de.wikipedia.org/wiki/Messsystem Messsystems], bilden für Messungen im niedrigen Leistungsbereich eine große Herausforderung. Es wurden drei verschiedene Tests durchgeführt, um mögliche [https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelektrizität thermoelektrische] Spannungen zwischen dem Bauelement und dem Messsystem zu ermitteln:

* Um derartige Spannungen zu kompensieren, wurden die meisten Messungen mittels einer Methode der Spannungsumkehr durchgeführt, die wie folgt umgesetzt wird: Es werden zwei Messungen mit Strömen von entgegengesetzter Polarität durchgeführt, also eine Messung, bei der die Basis[https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode elektrode] geerdet ist, und eine weitere, bei der die obere [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode Elektrode] geerdet ist, und dann wird die Differenz zwischen beiden Strömen errechnet, auf beide Messwerte angewandt und so der endgültige Wert erhalten.

* Die Tatsache, dass die oben beschriebenen 4×4-Anordnungen das Vierfache der Ausgangsspannung eines einzelnen Bauelementes liefern, weist darauf hin, dass diese [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Spannung Spannung] nicht auf [https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelektrizität thermoelektrische] Spannungen zwischen dem Bauelement und dem [https://de.wikipedia.org/wiki/Messsystem Messsystem] zurückzuführen ist, da diese nicht mit der Anzahl der [https://de.wikipedia.org/wiki/Reihenschaltung in Reihe geschalteten] Bauelemente skalieren würde.

* Unlängst wurden erste Messungen durchgeführt, für die die Temperatur des Bauelementes von etwa Raumtemperatur (300 K) auf rund 80 K gesenkt wurde, und dabei wurden hinsichtlich der Ausgangsleistung des Bauelementes nur geringe Abweichungen festgestellt, die sich aber alle im Rahmen des experimentellen Fehlerbereiches bewegten (Weerakkody, unveröffentlicht 2022).

Zur Überprüfung, ob die Ergebnisse auf [https://de.wikipedia.org/wiki/Gradient#Temperaturgradient Temperaturgradienten] im Inneren des Testobjektes zurückzuführen sein könnten, haben wir zwei Tests durchgeführt:

* Die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebung oberhalb der Bauelemente und dem Messtisch wurde variiert, und es konnte keine Veränderung der Leistung festgestellt werden.

* Die Bauelemente wurden in einem geschlossenen [https://de.wikipedia.org/wiki/Kryostat Kryostat] unter Einhaltung einer exakt gleichbleibenden Temperatur gemessen, und es wurde auch hier keine Veränderung der Leistung festgestellt (Weerakkody, unveröffentlicht 2022).

Aus den dargelegten Gründen erscheint es unwahrscheinlich, dass die von uns beobachteten Ergebnisse auf einen thermoelektrischen Effekt zurückzuführen sind.

Die Berechnungen zum erwarteten Strom, wie er sich aus der Absorption bekannter Ströme von kosmischer Strahlung und von solaren Neutrinos ergeben würde, hatten nicht die Mengen an Strom zum Ergebnis, die von uns beobachtet wurden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir alle in Frage kommenden Artefakte untersucht haben, welche als Quelle für die beobachtete Stromerzeugung durch unsere Bauelemente in Betracht kamen, und dass keines davon eine Erklärung für die Ergebnisse liefern konnte.

__NOTOC__

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