Квантовая батарея с мгновенной зарядкой и кратким хранением

14.09.2026

Аккумуляторы постепенно совершенствуются, однако между скоростью зарядки и способностью долго хранить энергию по-прежнему существует заметный компромисс. Исследователи, работающие в области квантовой физики, ищут принципиально иные способы накопления энергии. Одно из таких направлений связано с квантовыми батареями, использующими необычные свойства света и материи. Новый прототип продемонстрировал впечатляющую скорость зарядки, хотя до полноценного практического устройства ему еще далеко.

Разработанная специалистами система способна получать энергию за фемтосекунды - квадриллионные доли секунды. Для сравнения, одна фемтосекунда составляет 10^-15 секунды. После завершения зарядки прототип удерживает накопленную энергию в течение наносекунд, то есть миллиардных долей секунды. Это примерно в миллион раз дольше самой зарядки. Однако столь эффектные показатели времени пока не означают, что устройство способно заменить обычный аккумулятор: запас энергии остается крайне небольшим.

В основе экспериментальной батареи находится оптическая микрополость, образованная двумя зеркалами, расположенными примерно в 100 нанометрах друг от друга. Пространство между отражающими поверхностями заполнено молекулами органического красителя. Когда лазер направляет свет внутрь этой конструкции, электромагнитное поле начинает интенсивно взаимодействовать с молекулами. В результате формируются гибридные квантовые состояния, объединяющие свойства света и вещества.

Необычность технологии заключается в том, что молекулы поглощают энергию не независимо, а коллективно. Такое поведение связано с явлением, которое физики называют суперпоглощением. При определенных условиях согласованное взаимодействие множества молекул позволяет системе поглощать свет значительно эффективнее, чем совокупности отдельных независимых частиц. Именно этот механизм лежит в основе исключительно быстрой зарядки прототипа. При этом речь идет о квантовом физическом процессе, а не о привычном химическом накоплении энергии в литий-ионном аккумуляторе.

Команда Куача впервые продемонстрировала суперпоглощение еще в 2022 году. В новом эксперименте исследователям удалось сделать следующий шаг: не только быстро зарядить систему, но и извлечь из нее электрический ток. Это важное достижение, поскольку оно показывает возможность преобразования накопленной энергии в электрическую форму. Вместе с тем величина полученного тока пока остается небольшой, поэтому говорить о готовой технологии энергоснабжения преждевременно.

Главное препятствие для практического применения - ничтожный запас энергии. По приведенным данным, прототип накапливает всего несколько миллиардов электронвольтов и удерживает заряд в течение очень короткого времени. Электронвольт является единицей энергии, используемой преимущественно в физике элементарных частиц и квантовых системах. Для создания полезного источника питания специалистам предстоит значительно увеличить энергоемкость, продлить срок хранения заряда и разработать способ его контролируемой передачи подключенному устройству.

Разработчики уже рассматривают гибридную архитектуру, в которой квантовые компоненты будут отвечать за сверхбыструю зарядку, а классические слои - за более продолжительное хранение энергии. Еще одно направление работы связано с объединением множества микроскопических батарей в более крупные системы. Важным преимуществом оптической конструкции остается возможность функционировать при комнатной температуре. Некоторые другие варианты квантовых батарей используют сверхпроводящие материалы, которым необходимы температуры ниже -150 °C. Однако даже в более удобной оптической системе эффективное извлечение энергии пока представляет серьезную научную задачу.

<< Назад: Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

>> Вперед: Загрязнение воздуха ослабляет ледники Гималаев 13.09.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива 7-нм процессор ARM для самоуправляемых авто 07.10.2018 Компания ARM представила "первый процессор автономного класса с интегрированной безопасностью" - Cortex-A76AE. Он разработан специально для автомобильной промышленности и включает технологию Split-Lock - инновацию в области безопасности, впервые доступную в процессорах для автомобильной электроники. По статистике, подавляющее большинство дорожных происшествий является результатом ошибки водителя, поэтому ожидается, что переход к самоуправляемому движению транспортных средств сократит количество аварий и смертельных исходов. Однако, по словам ARM, для этого изначально надо закладывать средства безопасности в аппаратные средства. Между тем, имеющиеся прототипы зачастую основаны на процессорах, в которых отсутствуют даже самые основные функциональные возможности, связанные с безопасностью. Кроме того, эти процессоры являются дорогими и не могут похвастать высокой энергетической эффективностью. В качестве альтернативы ARM представила "первый процессор автономного класса с интегрированной безопасностью" - Cortex-A76AE. Он разработан специально для автомобильной промышленности и включает технологию Split-Lock - инновацию в области безопасности, впервые доступную в процессорах для автомобильной электроники. Кластеры CPU в SoC могут быть сконфигурированы либо в режиме Split для высокой производительности, где два или четыре независимых процессора в кластере могут использоваться для различных задач и приложений, либо в режиме Lock, когда процессоры блокируются в одну или две пары в кластере для приложений с повышенными требованиями безопасности. Кластеры могут быть сконфигурированы для работы в любом сочетании режимов уже в готовом кристалле. К достоинствам Cortex-A76AE также отнесено низкое энергопотребление. Процессор рассчитан на выпуск по нормам 7 нм. Производитель отмечает, что ARM Cortex-A76AE - первой процессор новой линии Automotive Enhanced (AE), за которым последуют другие. Одновременно объявлено о программе ARM Safety Ready, которая консолидирует усилия ARM в области безопасности, предоставляя доступ к ним партнерам компании. Программа Safety Ready включает в себя нынешние и будущие продукты ARM, которые проходят строгий контроль функциональной безопасности, включая разработку с учетом требований стандартов ISO 26262 и IEC 61508. Как утверждается, Safety Ready - универсальный источник программного обеспечения, инструментов, компонентов, сертификатов и стандартов, который упростит и снизит стоимость интеграции функциональной безопасности для партнеров ARM.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026