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量子電池有朝一日將可以通過一個(gè)看似矛盾的東西徹底改變能源儲存--電池越大，充電越快。現(xiàn)在，一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次在一個(gè)概念驗(yàn)證裝置中展示了支撐量子電池的超吸收量子力學(xué)原理。古怪的量子物理學(xué)世界充滿了在我們看來不可能的現(xiàn)象。
比如分子可以變得非常糾纏在，以至于它們開始集體行動(dòng)，而這可以導(dǎo)致一系列的量子效應(yīng)，包括超級吸收--它提高可以分子吸收光線的能力。
“超強(qiáng)吸收是一種量子集體效應(yīng)，分子狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生建設(shè)性的干擾，”這項(xiàng)研究的論文通訊作者James Quach告訴New Atlas，“"建設(shè)性干涉發(fā)生在所有種類的波(光、聲、水面上的波)中，當(dāng)不同的波加起來比任何一個(gè)波本身的效果都要大時(shí)就會發(fā)生。至關(guān)重要的是，這允許組合分子比每個(gè)分子單獨(dú)行動(dòng)時(shí)更有效地吸收光線。”
在一個(gè)量子電池中，這種現(xiàn)象將有一個(gè)非常明顯的好處。你擁有的儲能分子越多，它們就能更有效地吸收能量--換言之，你把電池做得越大它的充電就越快。
至少，理論上應(yīng)該是這樣的。超強(qiáng)吸收尚未在足夠大的規(guī)模上被證明可以建造量子電池，但新研究現(xiàn)在已經(jīng)做到了這一點(diǎn)。為了建立測試裝置，研究人員將一個(gè)活性光吸收分子層--一種被稱為Lumogen-F Orange的染料--放在兩個(gè)鏡子之間的微腔中。
“這個(gè)微腔中的鏡子是用制造高質(zhì)量鏡子的標(biāo)準(zhǔn)方法制造的，”Quach解釋道，“這就是使用交替的電介質(zhì)材料層--二氧化硅和五氧化二鈮--來創(chuàng)建所謂的‘分布式布拉格反射器’。這產(chǎn)生的鏡子比典型的金屬/玻璃鏡子反射更多的光。這很重要，因?yàn)槲覀兿胱尮獗M可能長時(shí)間地停留在空腔內(nèi)。”
然后，該團(tuán)隊(duì)使用超快瞬時(shí)吸收光譜來測量染料分子是如何儲存能量的以及整個(gè)設(shè)備充電的速度。果然，隨著微腔的大小和分子數(shù)量的增加，充電時(shí)間減少并證明了超強(qiáng)吸收的作用。
最終，這一突破可能為實(shí)用的量子電池鋪平道路，這使之成為快速充電的電動(dòng)汽車或能夠處理來自可再生資源的突發(fā)能量的儲能系統(tǒng)。但當(dāng)然，這項(xiàng)研究仍處于非常早期的階段。
Quach告訴New Atlas：“這里的想法是一個(gè)原則性的證明，即在這樣的設(shè)備中增強(qiáng)對光的吸收是可能的。然而，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是彌合這里的小型設(shè)備的原理證明跟在更大的可用設(shè)備中利用同樣的想法之間的差距。下一步就是探索如何將其跟其他儲存和傳輸能量的方式結(jié)合起來，從而提供一個(gè)可以實(shí)際使用的設(shè)備。”
原標(biāo)題：科學(xué)家在概念裝置中驗(yàn)證了可實(shí)現(xiàn)量子電池的物理學(xué)原理
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