Растения используют законы квантовой механики
Фотосинтез поможет построить солнечные батареи нового поколения.
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.
В янтаре сохранились не только перья динозавров, но и пившие их кровь насекомые мелового периода.
Спутниковые снимки показывают: отказ от пахоты в Штатах ведет к росту урожайности при снижении затрат. Россия, где был создан этот метод, сегодня его почти не применяет. Разбираемся, почему так получилось и чем он лучше традиционной вспашки.
Поток новостей показывает каждое научное открытие как необычно важное, отчего бывает сложно выделить самые значимые. Вот наша версия десятки самых выдающихся научных достижений года. Расскажем о них поподробнее.
Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.
Эксперты измерили радиолокационную заметность нового шведского корвета типа «Висбю»: она оказалась чрезвычайно малой.
Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.
Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.
В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?
Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.
