دانشمندان یک باتری کوانتومی بدون اتلاف انرژی توسعه دادند

گروه مشترکی از دانشمندان دانشگاه آلبرتا و تورنتو، طرحی برای یک باتری کوانتومی جدید که شارژ نشتی ندارد، توسعه داده‌اند. باتری‌ها اهمیت فوق‌العاده‌ای در زندگی کنونی بشر دارند؛ نوبل امسال شیمی که به توسعه‌ی باتری‌ها اهدا شد، گواه این مدعاست. به همین جهت تاکنون تلاش‌های زیادی به منظور توسعه‌ی باتری‌های کارآمد انجام شده است. با دیپ‌لوک همراه باشید…

شیمیدان گابریل هانا (Gabriel Hanna)، محقق اصلی این پژوهش می‌گوید:

یک باتری کوانتومی، یک باتری خیلی کوچک در ابعاد نانوست که در مقیاس نانو نیز استفاده می‌شود.

او ادعا می‌کند که پژوهش انجام شده، بصورت نظری اثبات می‌کند که ساخت یک باتری کوانتومی بدون اتلاف انرژی، امکان‌پذیر است که این ویژگی‌، یک برتری نسبت به تمام باتری‌های کوانتومی قبلی می‌باشد.

باتری‌هایی که ما با آن‌ها آشنا هستیم، مانند باتری لیتیم-یون که توان گوشی‌های تلفن ما را تامین می‌نمایند، بر اساس قواعد الکتروشیمی کار می‌کنند؛ درحالیکه عملکرد باتری کوانتومی، تنها براساس مکانیک کوانتومی می‌باشد. باتری کوانتومی ممکن است به یک جز اساسی در بسیاری از دستگاه‌های کوانتومی مانند کامپیوتر کوانتومی تبدیل شود که در عمل نیز می‌توان آن‌ها را با استفاده فناوری حالت جامد امروزی ساخت.

این گروه برای تحقق ایده‌ی خود، یک مدل شبکه‌ی کوانتومی باز (یک سیستم کوانتومی باز، سیستمی است که با محیط خارج خود برهمکنش دارد و از آن تاثیر می پذیرد) را با تقارن ساختاری بسیار بالا بعنوان بستری برای ذخیره‌ی انرژی اکسیتونی (excitonic energy) فرض کردند. انرژی اکسیتونی، زمانی مهار می‌شود که یک الکترون، یک فوتون نور با انرژی کافی را جذب کند. محققان با استفاده از این مدل، نشان داده‌اند که امکان ذخیره‌ی بدون اتلاف انرژی، صرفنظر از باز بودن سیستم نسبت به یک محیط خارجی وجود دارد. هانا می‌گوید:

کلید تحقق باتری کوانتومی، کنترل این شبکه‌ی کوانتومی در حالتی به نام حالت تاریک (dark state) است. زمانی که سیستم در حالت تاریک قرار دارد، شبکه نمی‌تواند با محیط اطرافش انرژی تبادل کند. در حقیقت، در این حالت، سیستم از تمام تاثیرات محیط اطرافش مصون می‌شود. این بدان معنی است که باتری نسبت به اتلاف انرژی، بسیار مقاوم است.

محققان با استفاده از همین مدل، یک روش عمومی برای تخلیه‌ی انرژی ذخیره شده نیز در صورت درخواست انرژی از باتری، پیشنهاد کرده‌اند. در این روش، با تخلیه‌ی انرژی ذخیره شده، تقارن ساختاری شبکه به صورت کنترل شده، شکسته می‌شود. پژوهش‌های آینده روش‌های معتبری را برای شارژ و دشارژ باتری، و همچنین برای استفاده از این باتری‌ها در کاربردهای عملی کشف خواهند کرد.