Растения используют законы квантовой механики — Naked ScienceNaked Science
08.01.2014, 14:09
5 минут
Naked Science
14

Растения используют законы квантовой механики

Фотосинтез поможет построить солнечные батареи нового поколения.

6164303898_0ee026ccdc_b

В обычных солнечных батареях фотоны поглощаются молекулами, которые при этом испускают электроны, что в конечном итоге превращает световую энергию в электрическую. Значительная часть электронов при этом абсорбируется, ослабляя, тем самым, эффективность батареи.

 

Природа уже давно изобрела значительно более эффективные солнечные батареи – самые обыкновенные растения. На самом деле, обыкновенная трава, водоросли и бактерии превращают световую энергию в электрическую с ошеломляющей эффективностью, недостижимой современной техникой.

 

Такой коэффициент полезного действия растений необъясним с точки зрения классической физики. Эксперименты показывают, что при фотосинтезе используется известный квантовый эффект суперпозиции частиц: грубо говоря, электроны могут находиться одновременно в нескольких местах или же вращаться в двух противоположных направлениях.

 

«Для нас это полная неожиданность – оказывается, биологические системы используют законы квантовой механики при фотосинтезе», – признается Энди Паркер, физик из Кембриджского университета в Англии.

 

В настоящее время множество ученых пытаются применить принцип фотосинтеза для построения эффективных солнечных батарей. Паркер и его коллеги разработали сравнительно простую методику с применением квантовых эффектов для повышения коэффициента использования солнечного света.

 

Смоделированная ими модель состоит из трех молекул, две из которых – доноры; они поглощают фотоны и испускают электроны. Третья молекула является акцептором – она поглощает электроны, полученные от первых двух.

 

Молекулы-доноры взаимодействуют между собой через свои электрические поля: электроны в их атомах настраиваются друг на друга на расстоянии, примерно как маленькие магниты. Это взаимодействие приводит к тому, что донорские молекулы фактически «делят» друг с другом электроны согласно принципу квантовой интерференции.

 

Квантовая интерференция приводит к тому, что оба донора эффективно поглощают свет, при этом рекомбинации электронов при их испускании практически не происходит. По подсчетам ученых, такая система позволит производить на 35% больше электроэнергии, чем обычная солнечная батарея, работающая по законам классической физики.

 

Предложенная модель пока существует лишь в теории, ее реализация на практике, разумеется, столкнется со многими трудностями. Свои открытия Паркер и его коллеги опубликовали в декабрьском номере журнала Physical Review Letters.

 

Вчера, 15:33
2 минуты
Илья Ведмеденко

Конгрессмены считают, что программа «Артемида», направленная на возвращение американцев на спутник Земли, может столкнуться с непредвиденными трудностями.

Сегодня, 17:03
4 минуты
Илья Ведмеденко

Полномасштабный выпуск новейшего истребителя пятого поколения может начаться позже, чем предполагали американские военные.

17 октября
6 минут
Полина Гершберг

Точечная мутация в гене NPSR1 позволяет высыпаться за короткое время без негативных последствий для когнитивной деятельности.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.