Квантові батареї одного разу можуть зробити революцію в зберіганні енергії завдяки тому, що здається парадоксом: що більше батарея, то швидше вона заряджається. Група вчених вперше продемонструвала квантово-механічний принцип суперпоглинання, що лежить в основі квантових батарей у випробувальному пристрої.
Химерний світ квантової фізики сповнений явищ, які здаються нам неможливими. Молекули, наприклад, можуть настільки переплестися, що починають діяти колективно, і це може призвести до цілого ряду квантових ефектів. Це включає надпоглинання, яке підвищує здатність молекули поглинати світло.
«Суперпоглинання — це квантовий колективний ефект, коли переходи між станами молекул конструктивно інтерферують», — сказав Джеймс Куач, автор дослідження. «Конструктивна інтерференція виникає у всіх видах хвиль (світла, звуку, хвилі на воді) і виникає, коли різні хвилі сумуються, щоб дати більший ефект, ніж будь-яка хвиля окремо. Важливо, що це дозволяє об’єднаним молекулам поглинати світло ефективніше, ніж якби кожна молекула діяла окремо».
Щоб довести концепцію суперабсорбції,
команда, що опублікувала свої висновки в журналі Science Advances, побудувала кілька пластинчастих мікропорожнин різного розміру, що містять різну кількість органічних молекул. Кожна заряджалася за допомогою лазера.
"Дзеркала в цьому мікрорезонаторі були виготовлені з використанням стандартного методу виготовлення високоякісних дзеркал", - пояснив Квач. «Це використання шарів діелектричних матеріалів, що чергуються, — діоксиду кремнію і п'ятиокису ніобію — для створення так званого «розподіленого брегівського відбивача». Це створює дзеркала, які відображають набагато більше світла, ніж звичайне дзеркало з металу/скла. Це важливо, оскільки ми хочемо, щоб світло залишалося всередині порожнини якомога довше».
Потім команда використовувала надшвидку спектроскопію нестаціонарного поглинання, щоб виміряти, як молекули барвника накопичують енергію і як швидко заряджається весь пристрій. І справді, у міру збільшення розміру мікропорожнини та кількості молекул час заряджання зменшувався, демонструючи суперпоглинання в дії.
Потім команда використовувала надшвидку спектроскопію нестаціонарного поглинання, щоб виміряти, як молекули барвника накопичують енергію і як швидко заряджається весь пристрій. І справді, час заряджання зменшувався під час збільшення розміру мікропорожнини та кількості молекул, демонструючи суперпоглинання в дії.
"Концепції, над якими працювали доктор Квач та його команда, відкривають можливість створення нового класу компактних і потужних накопичувачів енергії", - сказав професор Університету Аделаїди Пітер Вейч, Голова Школи фізичних наук.
Наступним кроком є розробка повністю функціонуючого прототипу квантової батареї.
Джерело newatlas.com
