Da Cnr e Politecnico di Milano una batteria quantica superveloce

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4 anni fa

Caratteristiche principali: tempi di ricarica velocissimi e grande flessibilità di utilizzo

I ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr e del Politecnico di Milano, seguendo le leggi della fisica quantistica, hanno realizzato una batteria che più energia immagazzina, meno tempo mette a ricaricarsi a tutto vantaggio dei suoi utilizzatori che potranno utilizzarla su dispositivi quali caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche. Lo studio è stato pubblicato su Science Advances.

Schematics of the LFO microcavity and experimental setup. (A) Microcavity consisting of Lumogen-F orange (LFO) dispersed in a polystyrene (PS) matrix between distributed Bragg reflectors (DBRs). (B) Normalized absorption (red) and photoluminescence (blue) spectra for 1% concentration LFO film, with the molecular structure shown in the inset. We operate near peak absorption/photoluminescence. (C) Angle-dependent reflectivity of the 1% cavity, with a fit for the cavity mode shown by the blue dashed line. (D) A laser pump pulse excites the LFO molecules. The energetics of the molecules are then measured with probe pulses delayed by time t, from which we can ascertain the peak energy density (Emax), rise time (), and peak charging power (Pmax). (E) Experimental setup for ultrafast transient reflectivity measurements. The output of a noncollinear optical parametric amplifier (NOPA) is split to generate pump (dark green) and probe (light green) pulses. A mechanical chopper is used to modulate the pump pulse to produce alternating pump-probe and probe-only pulses

Questo nuovo tipo di batteria costituisce una nuova classe di dispositivi di accumulo di energia operanti in base ai principi della fisica quantistica, una particolare disciplina che studia l’infinitamente piccolo e per la quale non sempre valgono le leggi della fisica classica.

Questa rivoluzionaria batteria si deve a Tersilla Virgili dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn) ed a Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano che si sono avvalsi della collaborazione di altri gruppi di ricerca internazionali.

La ricercatrice Virgili ha spiegato che “Le batterie quantiche presentano una proprietà contro-intuitiva in cui il tempo di ricarica è inversamente correlato alla capacità della batteria e cioè alla quantità di carica elettrica immagazzinata e che questo porta all’idea intrigante che il potere di carica delle batterie quantiche sia super-estensivo e cioè che aumenti più velocemente con le dimensioni della batteria”.

Il dispositivo consiste in una microcavità in cui il materiale attivo è costituito da molecole organiche disperse in una matrice inerte come meglio descrive Giulio Cerullo: “Ogni molecola rappresenta un’unità che può esistere in uno stato di sovrapposizione quantistica di due livelli di energia (fondamentale ed eccitato), simile al modo in cui un qubit, l’unità base di informazione quantistica, può essere sia 0 che 1 contemporaneamente nei computer quantistici”.

Costruendo questa batteria quantica in modo che ogni singola unità possa essere sovrapposta all’altra, si ottiene un insieme in grado di comportarsi collettivamente; si tratta di un modus operandi che, conosciuto come coerenza quantistica, consente alle unità di agire in modo cooperativo, dando origine a una carica iper-veloce che dipende dal numero delle molecole-unità.

“In futuro – conclude Virgili – questo tipo di dispositivo potrà essere applicato in vari ambiti scientifici e tecnologici come ad esempio caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche”.

[ Redazione PROTECTAweb ]