Avustralya’nın ulusal bilim kuruluşu CSIRO’dan James Quach liderliğindeki araştırma ekibi, enerjiyi son derece hızlı biçimde emebilen deneysel bir kuantum batarya geliştirdi.
Araştırmacıların hazırladığı prototip, enerjiyi femtosaniyeler, yani saniyenin katrilyonda biri ölçeğinde emebiliyor. Ancak bu çalışma, kuantum bataryaların telefon, dizüstü bilgisayar veya elektrikli araçlarda kullanılan geleneksel bataryaların yerini almaya hazır olduğu anlamına gelmiyor.
Prototip, “süper soğurma” olarak adlandırılan kuantum etkisinden yararlanıyor. Bu sistemde moleküller enerjiyi birbirlerinden bağımsız olarak emmek yerine topluca tepki veriyor.
Sisteme daha fazla molekül eklendiğinde enerji emme hızı da artıyor. Bu durum, boyutu büyüdükçe şarj edilmesi genellikle daha uzun süren geleneksel bataryalardan farklı bir çalışma biçimi ortaya çıkarıyor.
Batarya, aralarında yaklaşık 100 nanometre mesafe bulunan iki aynadan oluşan optik bir mikro boşluk kullanıyor. Aynaların arasına organik boya molekülleri yerleştiriliyor ve sisteme lazer ışığı gönderiliyor.
Işık ile moleküller arasındaki güçlü etkileşim, hibrit ışık-madde durumları oluşturuyor. Böylece moleküller enerjiyi tek tek değil, topluca emiyor.
Quach’ın ekibi süper soğurmayı ilk kez 2022’de göstermişti. Yeni çalışmada ise araştırmacılar, depolanan enerjiden elektrik akımı elde etmeyi de başardı.
Akım şimdilik oldukça düşük olsa da bu sonuç, kuantum bataryanın yalnızca enerji emmekle kalmayıp depoladığı enerjiyi elektrik akımı biçiminde dışarı verebildiğini gösteriyor.
Prototipin depoladığı enerji, şarj süresinden yaklaşık altı büyüklük mertebesi daha uzun süre sistemde kalabiliyor. Başka bir ifadeyle femtosaniyeler içinde şarj olan batarya, enerjiyi nanosaniyeler boyunca tutabiliyor.
Kuantum bataryaların geleneksel bataryalarla yalnızca daha fazla enerji depolayarak rekabet etmesi beklenmiyor. Teknolojinin asıl avantajı, çok hızlı şarj olabilmesi ve enerjiyi hassas biçimde aktarabilmesi.
Deneysel batarya yalnızca birkaç milyar elektronvolt düzeyinde enerji depolayabiliyor. Bu kapasite, gerçek dünyada kullanılabilecek bir güç kaynağı için yeterli değil.
Ayrıca enerjinin yalnızca nanosaniyeler boyunca tutulabilmesi, pratik kullanımın önündeki en önemli sorunlardan biri. Gerçek bir güç kaynağı geliştirilebilmesi için kapasitenin önemli ölçüde artırılması ve depolama süresinin uzatılması gerekiyor.
Quach, ekibinin bu sınırlamaları aşmayı amaçlayan hibrit bir tasarım geliştirdiğini söylüyor. Tasarım, hızlı şarj için kuantum bileşenlerini, enerjiyi daha uzun süre depolamak için ise klasik katmanları bir araya getiriyor. Quach, ekibin bu çalışmayla ilgili bir makale hazırladığını da belirtiyor.
Araştırmacılar ayrıca çok sayıda mikroskobik bataryayı birbirine bağlamayı planlıyor.
Optik mikro boşluk tabanlı prototipin önemli avantajlarından biri oda sıcaklığında çalışabilmesi. Süperiletken malzemeler kullanan bazı alternatif kuantum batarya tasarımları ise son derece düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyuyor; bu sistemler -150°C’nin altındaki sıcaklıklarda çalışabiliyor.
Kuantum bataryaların ilk pratik kullanım alanı ise tüketici elektroniği yerine kuantum donanımları olabilir.
Queen’s University Belfast’tan Mauro Paternostro, enerjinin sistemden kontrollü ve kullanılabilir biçimde çıkarılmasının zor olabileceğini belirtiyor. Genova Üniversitesi’nden Dario Ferraro ise kuantum etkilerinin çevreyle etkileşim sırasında kolayca bozulabileceğine dikkat çekiyor.
Ferraro, kuantum bataryaların telefon veya elektrikli araçlar gibi günlük uygulamalarda geleneksel bataryaların yerini almasının olası görünmediğini ve doğal kullanım alanlarının kuantum ölçeği olduğunu düşünüyor. (Kaynak: TechSpot)
Bu haberde yapay zeka üretimi görseller kullanılmıştır