Esta es una válvula de Tesla. Funciona desviando el líquido o el gas sobre sí mismo cuando se vuela en una dirección y permitiendo un flujo suave en la otra dirección.
¿Se puede utilizar el mismo concepto para crear un semiconductor? ¿Por qué?
No. El diseño de la válvula de Tesla requiere un material que tenga inercia (para que las trayectorias "inclinadas" sean las preferidas para el reflujo), y que se comporte como un fluido viscoso (para que la presión de los reflujos invertidos pueda obstruir el flujo hacia adelante). Ninguna de las dos cosas es aplicable al movimiento de los electrones dentro de un conductor.
Estoy de acuerdo en la ausencia de viscosidad para los electrones, aunque su inercia es bastante real. Para que el fluido se adhiera a las paredes inclinadas son necesarias la tensión superficial y la atracción molecular (no el efecto Coanda, aparentemente similar), también ausentes en los electrones.
Bueno, si tomas el nivel superior concepto de la válvula de Tesla como "una cosa mágica que deja pasar el flujo en una dirección pero no en la otra", entonces tienes un diodo, ya sea semiconductor o termoiónico. Sin embargo, dudo que eso sea lo que quería decir el OP.
Los diodos, por desgracia, provocan una caída de tensión que no se produce en la válvula tesla. Con un solenoide de panqueque hecho de alambre que funcione como una válvula tesla, se podría hacer girar una barra de imán sobre la superficie del panqueque y bombear corriente fuera de él, ¿verdad?
Si tuvieras un motor que oscilara entre la aceleración y el frenado electrónico, más o menos una vez por segundo, y si no quisieras accionar el motor directamente de las baterías, por ejemplo porque son LiPo y no quieres vaciarlas y recargarlas así, ¿no estaría bien que pudieras accionar el motor con un condensador, y conectar el condensador a las baterías con una válvula eléctrica de Tesla, para que el voltaje del condensador no se devuelva a las baterías?
Creo que debería funcionar si se utiliza un gas de electrones bidimensional (2DEG) o tal vez un semiconductor de película fina, por ejemplo, SOI. Podrías estructurarlo de forma bastante sencilla con las tecnologías establecidas y luego, para probarlo, organizarlo como un puente rectificador y alimentarlo con corriente alterna y comprobar si sale corriente continua. Los únicos parámetros que hay que tener en cuenta son el tamaño, la frecuencia y la temperatura. Estoy bastante seguro de que no funciona si utilizas hilos de cobre a escala macroscópica y a temperatura ambiente, pero con los semiconductores puedes ajustar la masa de tus portadores de carga y el camino libre medio, por lo que se comporta más como los fluidos en los que sabemos que esta estructura funciona. Yo probaría con un camino libre medio un poco más pequeño que las características estructurales y subiría la frecuencia hasta donde tu equipo lo permita, por ejemplo: la mayoría de los laboratorios deberían poder hacer 1MHz.
Probablemente sea una idea muy bonita para una tesis de licenciatura o de máster, pero en la práctica será probablemente mucho menos eficiente en comparación con los diodos convencionales cuando se trata de bloquear corrientes, pero posiblemente podría ser más eficiente en aplicaciones especiales, por ejemplo, la rectificación de voltajes muy bajos, lo que me recuerda una propuesta que leí recientemente para un perpetuum mobile que convierte el movimiento browniano en pequeñas señales de voltaje a través de membranas biestables...
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Quizás sería más razonable pensar en una válvula Tesla como un pobre facsímil de un diodo que intentar pensar en cómo hacer que un semiconductor funcione como una válvula Tesla. Una válvula de Tesla tiene bastantes fugas y su principal ventaja es la ausencia de piezas móviles y, tal vez, una respuesta rápida. Un diodo tampoco tiene partes móviles y, dentro de lo razonable y dentro de su presupuesto, puede ser arbitrariamente no agujereado, arbitrariamente rápido, etc. Para justificar la fabricación de un semiconductor que utilice los mismos principios que una válvula Tesla, habría que encontrar algún paralelo para su principio de funcionamiento que tuviera alguna ventaja.
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Dicho esto, tal vez haya alguna manera. Creo que los diodos se comportan más como una válvula mecánica de una sola vía que como una válvula Tesla, así que tal vez se pueda inventar un diodo con una respuesta casi instantánea (en comparación con los diodos más rápidos actuales). Probablemente no, pero es divertido pensar en ello.
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Sospecho que (sólo tal vez) se pueda conseguir algo parecido a este efecto utilizando la emisión termoiónica y estructuras cargadas. Nada tan "fino" como la 'válvula de Tesla' probablemente, pero algo que doble las corrientes de electrones en trayectorias curvas en una dirección y las acelere en la otra. Me pregunto (ociosamente) si hay algo en el diseño de un Magnetrón que pueda ser doblado (juego de palabras) para esta función.
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No se trata de una válvula Tesla, pero ha habido algunos trabajos recientes sobre diodos geométricos que tienen como objetivo las rectenas de THz. Por ejemplo mdpi.com/2079-4991/11/9/2361/pdf