نقصی در الماس، دریچه‌ای به سوی باتری‌های کوانتومی کارآمدتر می‌گشاید

تیمی از محققان با بهره‌گیری از یک نقص شناخته‌شده در الماس، روش جدید و امیدوارکننده‌ای را برای طراحی باتری‌های کوانتومی با دوام بیشتر توسعه داده‌اند.

به گزارش مجله خبری نگار، این طرح با هدف حل مشکل از دست دادن خود به خودی توان، که یکی از بزرگترین چالش‌های پیش روی کاربرد عملی باتری‌های کوانتومی است، ارائه شده است.

باتری‌های کوانتومی از خواص فیزیک کوانتومی مانند درهم‌تنیدگی و برهم‌نهی بهره می‌برند که آنها را قادر می‌سازد سریع‌تر شارژ شوند و انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های معمولی فراهم کنند. با این حال، عملکرد آنها در شرایط دنیای واقعی تاکنون به دلیل پدیده ناهمدوسی کوانتومی محدود شده است که منجر به خود-دشارژ یا از دست دادن انرژی ذخیره شده می‌شود.

در این راستا، محققانی از دانشگاه هوبئی، آکادمی علوم چین و دانشگاه لانژو طرحی را بر اساس مرکز جای خالی نیتروژن (NV) در الماس ارائه داده‌اند. اسپین الکترون در این مرکز به عنوان هسته باتری کوانتومی عمل می‌کند و امکان ذخیره انرژی کنترل‌شده و حفظ طولانی‌مدت آن را فراهم می‌کند.

مشخص شد که جای خالی نیتروژن قادر است بدون نیاز به کنترل خارجی یا یک شارژر کوانتومی پیچیده، خود-دشارژ را سرکوب کند و این امر، طراحی را کارآمدتر و کاربردی‌تر می‌سازد.

جون هونگ آن، نویسنده‌ی همکار این مطالعه، توضیح داد که راه‌حل‌های قبلی برای سرکوب خود-دشارژ به یک شارژر کوانتومی متکی بودند که به دلیل تداخل درهم‌تنیدگی، کارایی سیستم را کاهش می‌دهد.

طراحی جدید به خواص کوانتومی داخلی، به ویژه برهمکنش ظریف بین الکترون هسته و هسته نیتروژن متکی است که امکان بهبود نسبت انرژی همدوس به کل انرژی را فراهم می‌کند و در نتیجه زمان نگهداری انرژی باتری را افزایش می‌دهد.

این رویکرد دو چالش اصلی باتری‌های کوانتومی را مورد بررسی قرار می‌دهد: از دست دادن انسجام در حین شارژ و از دست دادن خود به خودی انرژی در حین ذخیره‌سازی.

شایان ذکر است که جای خالی نیتروژن یک نقص اتمی خاص است که در شبکه کریستالی کربن الماس یافت می‌شود. این نقص یکی از مفیدترین نقص‌ها در فیزیک کوانتومی و فناوری نانو محسوب می‌شود و در فناوری‌های حسگری و محاسبات کوانتومی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پایداری بالای آن در دمای اتاق، آن را به بستری واقع‌بینانه برای توسعه دستگاه‌های کوانتومی تبدیل می‌کند.

با توجه به علاقه روزافزون به ترمودینامیک کوانتومی، این نوآوری می‌تواند دریچه‌ای به سوی توسعه باتری‌های کوانتومی سریع‌تر، پاک‌تر و کارآمدتر که توسط فیزیک کوانتومی تغذیه می‌شوند، باز کند.

این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.

منبع: interesting engineering

لینک کپی شد

اشتراک‌ گذاری