Novoobjavená forma hmoty umožní zásadným spôsobom zvýšiť efektivitu solárnych panelov
Tím výskumníkov z Riceovej univerzity a spolupracujúcich inštitúcií ohlásil objav, ktorý by mohol od základov zmeniť spôsob, akým vyrábame a používame zariadenia na zber a vyžarovanie svetla. Ide o prelomovú metódu, ktorá sľubuje dramatické zvýšenie efektivity solárnych panelov, LED osvetlenia či displejov novej generácie.
Zdroj Foto: Jorge Vidal/Rice University
Podstatou objavu je manipulácia s kvantovými vibráciami atómov v tenkých filmoch z materiálu známeho ako perovskit na báze halogenidu olova. Vedcom sa podarilo prinútiť dva rôzne typy týchto kolektívnych vibrácií, známych ako fonóny, aby interagovali so svetlom tak silno, že sa doslova zlúčili do úplne nových, hybridných stavov hmoty.
Kľúčovým prelomom však nie je samotný jav, ale skutočnosť, že ho vedci dosiahli pri izbovej teplote. Tým sa odstraňuje najväčšia prekážka praktického využitia, ktorá mnohé kvantové objavy odsúdila na zotrvanie v laboratóriu, pretože si vyžadovali extrémne nízke teploty alebo energeticky náročné podmienky.
Na dosiahnutie tohto efektu výskumníci použili geniálne jednoduchú, no technologicky nesmierne náročnú techniku. Do tenkej vrstvy zlata vyrobili nanoskopické štrbiny, ktoré sú asi tisíckrát tenšie ako bežná potravinová fólia. Tieto nanoštrbiny fungujú ako miniatúrne kovové pasce na svetlo, ktoré dokážu presne naladiť jeho frekvenciu.
Cieľom bolo zosúladiť frekvenciu uväzneného svetla s prirodzenými vibračnými frekvenciami atómov v perovskitovom materiáli. Tento prístup predstavuje zásadný posun od doterajších metód, ktoré sa spoliehali na ostreľovanie materiálov vysokoenergetickými laserovými impulzmi.
Namiesto použitia hrubej sily vedci využili sofistikované štrukturálne inžinierstvo na nanoúrovni, aby pasívne vyvolali extrémne silný kvantový efekt, čo je oveľa šetrnejší a stabilnejší proces. Precízny návrh im umožnil vytvoriť stav známy ako „ultrasilná väzba“, a to po prvýkrát pri izbovej teplote, kedy dva rôzne fonóny vstúpili do tohto režimu s jedinou, na mieru navrhnutou rezonanciou.
Výsledkom bol vznik troch odlišných hybridných kvantových stavov nazývaných fonón-polaritóny, ktoré sú v podstate novou formou hmoty, zmesou vibrácií a svetla. Sila tejto interakcie, vyjadrená ako väzbový pomer, dosiahla približne 30 % frekvencie fonónu, čo je za normálnych podmienok pozoruhodne vysoká hodnota.
Experimentálne výsledky boli navyše potvrdené numerickými simuláciami a teoretickým kvantovým modelom, čo dodáva objavu vysokú mieru dôveryhodnosti. Tento úspech otvára dvere k úplne novým metódam riadenia toku energie v optoelektronických zariadeniach.
Vytvorením a manipuláciou s týmito hybridnými stavmi môžu vedci navrhovať materiály, ktoré vedú energiu s bezprecedentnou presnosťou, čím sa minimalizujú straty vo forme tepla a maximalizuje sa užitočný výkon.
V praxi to znamená, že by sme mohli vyvinúť solárne články, ktoré sú dokonale vyladené na absorpciu špecifických vlnových dĺžok slnečného svetla, alebo LED diódy, ktoré premieňajú takmer všetku elektrickú energiu na svetlo bez zbytočného zahrievania. Tento objav tak neponúka len postupné zlepšenie existujúcich technológií, ale poskytuje vedcom úplne nový súbor nástrojov na navrhovanie revolučných materiálov budúcnosti.
Zdroj: eurasiareview.com.
Zdroj Foto: depositphotos.com.
Zobrazit Galériu
