| +33 голоса |
|
Італійською компанією Planckian була запропонована квантова батарея (QB) як альтернатива добре відомим електрохімічним накопичувачам енергії.
Замість використання передачі іонів літію, натрію або свинцю для генерації енергії, квантові батареї накопичує енергію фотонів. Вони можуть заряджатися майже миттєво завдяки квантовим ефектам, таким як заплутаність і суперпоглинання. Такі батареї не будуть живити електромобілі найближчим часом, але можуть бути використані для квантового зв'язку та можуть підвищити ефективність сонячних елементів. Їх навіть можна використовувати паралельно для невеликих електронних пристроїв, і дослідники в Італії в лютому склали детальну таблицю матеріалів, які можна використовувати для їх створення.
Квантова батарея була вперше запропонована в 2013 р. Робертом Аліцкі (Robert Alicki) з Гданського університету та Марком Фаннесом (Mark Fannes) з бельгійського KU Leuven, але поки що є лише демонстрації концепції. Ідея полягає в тому, що заплутані фотони можуть зберігати невелику кількість енергії протягом короткого періоду часу. Це можна зробити в органічних матеріалах у мікропорожнині або в переохолоджених матеріалах, і потенційно це можна масштабувати для роботи як практичні батареї.
Ще у 2023 році Planckian залучила 2,7 млн євро з наміром розробити технологію QB. «Ми розпочали нашу подорож з уявлення про те, що масштабування квантових технологій вимагає поєднання традиційної квантової інформатики з інноваційними підходами з інших галузей, зокрема матеріалознавства та квантової термодинаміки», – заявили в компанії.
Тим часом дослідники з Центру квантових обчислень Riken у Японії та Університету науки і технологій Хуачжун у Китаї провели теоретичний аналіз, демонструючи, як можна ефективно розробити «топологічну квантову батарею».
Одним із важливих відкриттів дослідників з Riken було те, що можна досягти майже ідеальної передачі енергії, використовуючи топологічні властивості хвилеводів. Команда також виявила, що коли дисипація перевищує критичний поріг, зарядна потужність зазнає тимчасового посилення, порушуючи традиційне очікування, що дисипація завжди перешкоджає продуктивності.
Дослідники з Генуезького університету в Італії також розробили ідею квантової батареї, яка використовує спінові стани за дуже низьких температур для накопичення енергії. Використовуючи парамагнетизм і феромагнетизм у переохолоджених матеріалах, вони можуть підвищити стабільність енергії, що утримується в квантових системах.
Одна з платформ для реалізації квантових батарей спирається на мікропорожнини, що містять ансамбль органічних молекул. Тут зазвичай використовується резонатор Фабрі-Перо як архітектура мікропорожнини. Він утворюється шаром органічного матеріалу, затиснутим між двома плоскопаралельними дзеркалами з високою відбиваючою здатністю. Дзеркала можуть бути тонкими металевими плівками, розподіленими брегівськими відбивачами (РБВ), одновимірними кристалами або їх комбінаціями.
Ключовим завданням для практичного застосування органічних мікропорожнин як твердотільних квантових батарей є проектування та реалізація пристроїв, в яких енергія може ефективно зберігатися та витягуватися за потреби.
Щоб вирішити таку проблему, активний матеріал резонатора може бути спроектований як пара, де один резонатор діє як донор, а інший як акцептор. Це зберігає енергію протягом десятків мікросекунд і вважається перспективним підходом.
Інші дослідники з Бременського університету в Німеччині створили стовпчастий мікрорезонатор з приблизно 200 квантовими точками, пов'язаними з модою резонатора. Резонатор був утворений двома AlAs/GaAs РБВ з верхнім дзеркалом з 20 парами та нижнім дзеркалом з 23 парами, що працюють при температурі 10 K.
Команда вчених з Університету Твенте прагне використовувати інформацію, закодовану в ядерних або магнітних домішкових спінах, для збору енергії. Поточні дослідження в основному зосереджені на міжфазних станах топологічних ізоляторів, в яких електронний спін заблокований у напрямку свого імпульсу: при пропусканні струму через матеріал спін може передаватися від електронів до ядер через спін-фліп взаємодії, генеруючи скінченну ядерну спінову поляризацію. Коли ця поляризація термічно релаксує до невпорядкованого стану, ці спін-фліп взаємодії збуджують скінченний струм заряду, який можна використовувати для вилучення електронної роботи.
Ще інші досліджують ті ж перовскіти на основі галогенідів свинцю, які використовуються в недорогих сонячних панелях для створення квантових батарей. Відстань між енергетичними рівнями цих матеріалів дозволяє працювати при кімнатній температурі, а не переохолоджено. Властивості перовскітних матеріалів також можна налаштовувати зовнішніми полями, такими як електричні поля та оптичні імпульси, для створення матеріалів з довгоживучими станами. Ефекти фотоелектричного перетворення, що спостерігаються в перовскітних матеріалах, також можна використовувати у фазі розрядки.
Квантова батарея Універсітету Твенте
| +33 голоса |
|
