Ламає правила заряджання: дослідники створили незвичайну квантову батарею

Дослідники з австралійського наукового нацагентства CSIRO створили прототип квантової батареї, що ламає правила заряджання.

Нова квантова батарея здатна заряджатись швидше внаслідок збільшення розміру. Пристрій також генерує струм, однак для практичного використання все ще далеко.

Незвичайна батарея була створена командою під керівництвом Джеймса Куача. Замість хімічних реакцій вона використовує квантові ефекти для поглинання та зберігання енергії.

Прототип побудований на оптичному мікрорезонаторі, який складається з двох крихітних дзеркал, розміщених на відстані близько 100 нм один від одного. Простір між ними заповнений молекулами органічного барвника й підсвічується лазером.

Взаємодія світла з молекулами барвника створює гібридні квазічастинки, відомі як поляритони. Окрім цього виникає явище суперпоглинання, за якого молекули починають поглинати енергію колективно, а не кожна сама по собі. Більша кількість молекул дозволяє пришвидшити поглинання. Отже, більша квантова батарея заряджатиметься швидше.

Заряджання прототипу займає фемтосекунди, а заряд може зберігатись протягом наносекунд, що приблизно у мільйон разів довше самого процесу заряджання. Однак наразі подібна батарея може зберігати лише дуже незначну кількість енергії, яка дорівнює усього кільком мільярдам еВ. Тому про використання у реальних пристроях, наприклад, смартфонах або електрокарах, мова поки не йде.

Дослідникам вдалось досягти прориву, додавши ще один шар, що дозволяє вилучати струм з батареї. Науковці проводять аналіз результатів та готують наукову статтю. Однією з ключових переваг даного пристрою є здатність працювати за кімнатної температури. Інші конструкції на основі надпровідних матеріалів вимагають температур нижче −150 °C, що робить їх менш практичними.

Найбільш ймовірним першим застосуванням подібних батарей будуть квантові обчислення. На думку Джеймса Куача, згодом ця технологія дозволить знизити енергоспоживання квантових комп’ютерів, зробить їх швидшими й зменшить кількість помилок. Це може наблизити масштабування технології.

Однак найбільша проблема досі полягає у вилученні накопиченої енергії у стабільній та контрольованій формі. Дослідники пояснюють, що квантові ефекти дуже чутливі й можуть бути порушені умовами навколишнього середовища. Наразі науковці вивчають гібридні конструкції, які поєднують квантові ефекти для пришвидшення заряджання зі звичайними шарами, здатними зберігати енергію протягом тривалого часу.

Джерело: BBC; NotebookCheck