Квантовые батареи однажды совершат революцию в мире аккумуляторов. В их основе лежит парадокс - чем больше батарея, тем быстрее она заряжается. Впервые ученым удалось подтвердить эту концепцию экспериментально. Команда продемонстрировала квантово-механический принцип сверхпоглощения, который лежит в основе квантовых батарей, с помощью устройства, подтверждающего эту парадоксальную концепцию.
Причудливый мир квантовой физики полон явлений, которые кажутся нам невозможными. Молекулы, например, могут быть настолько переплетены, что они начинают действовать коллективно, и это может привести к ряду квантовых эффектов. В их числе - эффект сверхпоглощения, который повышает способность молекул поглощать свет.
«Сверхпоглощение - это квантовый коллективный эффект, при котором различные волны складываются, чтобы дать больший эффект, чем любая из волн сама по себе. Важно, что это позволяет объединенным молекулам поглощать свет более эффективно, чем если бы каждая молекула действовала индивидуально», - поясняет доктор Джеймс Квач, автор исследования.
В квантовой батарее это явление может быть особенно полезно. Чем больше у вас накапливающих энергию молекул, тем эффективнее они будут поглощать эту энергию. Иными словами, чем вместительнее батарею вы создаете, тем быстрее она будет заряжаться.
По крайней мере, так это должно работать в теории. Сверхпоглощение еще не было продемонстрировано в масштабах, достаточно больших для создания квантовых батарей. Но новое исследование впервые смогло доказать такую возможность на практике.
Чтобы построить тестовое устройство, исследователи поместили активный слой светопоглощающих молекул - краситель Lumogen-F Orange - в микрополости между двумя зеркалами. Затем команда использовала сверхбыструю спектроскопию переходного поглощения, чтобы измерить, как молекулы красителя накапливают энергию и как быстро заряжается все устройство. Оказалось, что с увеличением числа микрополостей и количества молекул время зарядки уменьшалось, демонстрируя работу сверхпоглощения на практике.
Это невероятно важный прорыв. Он открывает возможность создания реальных квантовых батарей, которые позволят очень быстро заряжать электромобили и другую энергоемкую электронику. Доктор Джеймс Квач считает, что первый прототип действующей квантовой батареи получится создать в течение ближайших 3-5 лет.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
