Растения используют законы квантовой механики — Naked Science
5 минут
Редакция

Растения используют законы квантовой механики

Фотосинтез поможет построить солнечные батареи нового поколения.

6164303898_0ee026ccdc_b
©Wikipedia

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.

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

Вчера, 21:42
8 минут
Мария Азарова

Блокирование рецептора, который помогает сохранять энергию в условиях голода, назвали ключом к более безопасным профилактике и лечению ожирения, вызванного неправильным образом жизни.

5 часов назад
3 минуты
Сергей Васильев

Новая однокристальная электронная схема настолько миниатюрна, что ее можно инъецировать медицинским шприцем — и получать данные о температуре тела по ультразвуковой беспроводной связи.

Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: