Kvanttiakussa ei synny häviöitä

01.11.2019

Alberta-kvantti-akku-300.jpgUuden tutkimuksen mukaan häviötöntä kvanttiakkua koskeva suunnitelma voi olla lähempänä kuin luulemme.

Albertan yliopiston tutkijat ovat kehittäneet suunnitelman uudenlaiselle kvanttiakulle. Tutkimus tehtiin yhteistyössä Toronton yliopiston kanssa. Tutkimus tarjoaa teoreettisen osoituksen siitä, että häviöttömän eksitonisen kvanttiakun luominen on mahdollista - löytö, joka kiinnostaa, kun kvanttitekniikan ala jatkaa kehittymistään.

Akun häviöttömyys tarkoittaa, että se voi varastoida energiaa loputtomiin ilman vuotoja, mikä on erittäin tavoiteltava ominaisuus akuille. Toisaalta akun eksitonisuus tarkoittaa, että akku voidaan ladata virittämällä sen elektroneja valolla.

"Tunnetummat akut tukeutuvat klassisiin sähkökemiallisiin periaatteisiin, kun taas kvanttiakut tukeutuvat yksinomaan kvanttimekaniikkaan", toteaa kemian laitoksen apulaisprofessori ja pääjohtaja Gabriel Hanna ja aiheen keskeinen tutkija. ”Kvanttiakku on pieni, nanokokoinen akku, joka on tarkoitettu käytettäväksi nanomittakaavan sovelluksissa.

Kvanttiakusta voi tulla tärkeä komponentti monissa kvanttilaitteissa - esimerkiksi niitä voidaan käyttää tulevaisuudessa kvanttitietokoneiden virransyöttöön. Käytännössä ne voitaisiin rakentaa käyttämällä nykyisiä solid-state-tekniikoita.

Idean toteuttamiseksi tutkimusryhmä harkitsi avointa kvanttiverkkomallia, jolla on korkea rakenteellinen symmetria, alustana eksitonisen energian varastointiin. Tätä mallia käyttämällä he osoittivat, että energiaa on mahdollista varastoida ilman häviöitä huolimatta siitä, että se on avoin ympäristölle.

"Tärkeintä on valmistaa tämä kvanttiverkko niin kutsuttuun pimeään tilaan", Hanna selitti. ”Pimeässä tilassa verkko ei voi vaihtaa energiaa ympäristönsä kanssa. Pohjimmiltaan järjestelmästä tulee immuuni kaikille ympäristövaikutuksille. Tämä tarkoittaa, että akku on erittäin kestävä energiahäviöitä vastaan."

Tätä mallia käyttämällä tutkijat ehdottivat myös yleistä menetelmää varastoidun energian purkamisen akusta tarpeen mukaan, johon sisältyy verkon rakenteellisen symmetrian rikkominen hallitulla tavalla.

Tulevaisuuden tutkimuksessa tutkitaan toteuttamiskelpoisia tapoja akun lataamiseen ja purkamiseen, samoin kuin keinoja akun mitoittamiseen käytännöllisissä sovelluksissa.

Tutkimusjulkaisu, ” Loss-Free Quantum Battery” on julkaistu The Journal of Physical Chemistry C (doi: 10.1021/acs.jpcc.9b06373).
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja
05.11.2019Muuntaa 2D-tasot pehmeiksi ja joustaviksi 3D-rakenteiksi
04.11.2019Tarkempia kiderakenteita ja proteiineja aurinkokennoihin
01.11.2019Kvanttiakussa ei synny häviöitä
31.10.2019Keinoja ja visioita 2D-materiaalien käytölle
30.10.2019Käteviä ADC- ja DAC-muuntimia IoT-aikakaudelle

Siirry arkistoon »