Растения используют законы квантовой механики

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.