Квантовий симулятор пояснює, як природа переміщує енергію в системах, таких як фотосинтез та сонячна конверсія
Квантові дослідження енергетичних процесів для покращення сонячної енергетики
Науковий світ продовжує робити значні кроки у вивченні механізмів, що стоять за такими унікальними природними явищами, як фотосинтез і перетворення сонячної енергії. Дослідники на чолі з Гвідо Пагано з Університету Райса провели інноваційні дослідження, використовуючи спеціалізований квантовий пристрій для моделювання молекули, що вібрує. Їхня робота відкрита для спільноти в Nature Communications від 5 грудня.
Ці дослідження дозволяють нам глибше зрозуміти, як енергія рухається всередині молекули. За допомогою двохчастинкової молекулярної моделі, де одна частина постачає енергію, а інша її отримує, дослідники мали можливість спостерігати, як виконується перехід енергії. Вони також дослідили, як вібрації та втрата енергії можуть змінювати цей процес, що надає нові перспективи у проектуванні матеріалів зі складними енергетичними потоками.
Молекулярна механіка та енергетичні потоки
В експерименті використовували ланцюг іонів із двох ізотопів одного елемента, де кожен виконував свою ключову роль: один ізотоп кодував молекулярну інформацію, інший формував оточення молекули. Завдяки лазерам для введення енергії та контролю за енергетичними станами, вчені створили умови наближені до реальних, де вібрації приводять до розсіювання енергії.
Цікаво, що їхні спостереження показали: збільшення кількості вібрацій пришвидшує передачу енергії, відкриваючи нові шляхи для її потоку. Крім того, коли вібрації різнилися, енергія ставала менш чутливою до різних варіацій енергетичних рівнів донора і акцептора, що розширювало межі ефективної передачі.
Впроваджуючи знання в розробки майбутнього
Отримані дані можуть виявитися надзвичайно корисними для розробки нових органічних сонячних елементів, молекулярних проводів та інших подібних пристроїв. Розуміння впливу вібрацій на енергетичні потоки дозволить інженерам і розробникам створювати матеріали, які б ефективно використовували квантові ефекти на свою користь, а не зустрічали їх як перешкоди. Залишається лише чекати часу, коли ці знайдені знання будуть втілені у практичних інноваціях.
