به گزارش ایسنا، در مقاله‌ای که به‌تازگی در نشریه Nature Communications منتشر شده، پژوهشگران روش جدیدی را برای افزایش بازده تولید جفت الکترون-حفره (اکسایتون) در نقاط کوانتومی ارائه کرده‌اند. این روش بر تعاملات تبادل اسپینی بسیار سریع با یون‌های منگنز تکیه دارد و برخلاف روش‌های سنتی، از مکانیزم‌های کاملاً کوانتومی بهره می‌برد.

دکتر ویکتور کلیموف، سرپرست تیم پژوهش، می‌گوید: این روش جدید نه‌تنها افق درک ما از پدیده‌های کوانتومی را گسترش می‌دهد، بلکه افق تازه‌ای برای طراحی مواد پیشرفته در کاربردهای انرژی ترسیم می‌کند.

نقاط کوانتومی ذرات نیمه‌رسانای بسیار کوچکی هستند که قابلیت جذب و نشر نور را دارند. در این پژوهش، با آلایش نقاط کوانتومی با یون‌های منگنز، تیم تحقیق موفق شد بازده تولید اکسایتون را بیش از چهار برابر نمونه‌های بدون آلایش افزایش دهد. این کار با استفاده از مکانیزم انتقال انرژی فوق‌سریع و تبادل اسپین صورت گرفت که باعث می‌شود یک فوتون پرانرژی بتواند دو جفت الکترون-حفره ایجاد کند. مهم‌تر آن‌که این انتقال انرژی قبل از آن‌که حامل‌های داغ خنک شوند و انرژی خود را از دست بدهند، انجام می‌شود.

تیم لس‌آلاموس با استفاده از طیف‌سنجی نوری و اندازه‌گیری‌های فوتوجریان در دستگاه واقعی توانست اثبات کند که این روش نه‌تنها از نظر نظری مؤثر است، بلکه در دنیای واقعی نیز افزایش قابل‌توجهی در جریان خروجی دستگاه‌ها ایجاد می‌کند.

مدل‌سازی‌های انجام‌شده نشان می‌دهند که این روش می‌تواند بازده تبدیل انرژی را تا ۴۱ درصد افزایش دهد که رقمی نزدیک به حد تئوری مکانیزم‌های سنتی است.

این فناوری می‌تواند بر حوزه‌هایی مانند سلول‌های خورشیدی با راندمان بالا، آشکارسازهای نوری سریع و فرایندهای شیمیایی نیازمند چندین مرحله کاهش و اکسایش اثرگذار باشد. از جمله نمونه‌های مهم، تولید آمونیاک از نیتروژن است؛ فرایندی که هم‌اکنون بیش از دو درصد از انرژی جهانی را مصرف می‌کند.

به نقل از ستاد نانو، با ترکیب هوشمندانه فناوری کوانتومی و طراحی دقیق مواد، این پژوهش یک جهش واقعی در بهره‌وری فناوری‌های نوری و انرژی به‌شمار می‌رود؛ گامی مهم به‌سوی توسعه نسل بعدی سلول‌های خورشیدی و واکنش‌گرهای نوری با راندمان بالا.

انتهای پیام