Исследователи из Университета RMIT и национального научного агентства Австралии CSIRO представили метод, который значительно продлевает срок службы квантовых батарей — в 1000 раз дольше, чем в предыдущих демонстрациях.
Квантовая батарея — это теоретическая концепция, возникшая в результате исследований в области квантовой науки и технологий. В отличие от традиционных батарей, которые полагаются на химические реакции, квантовые батареи используют квантовую суперпозицию и взаимодействия между электронами и светом для ускорения зарядки и потенциально увеличения ёмкости хранения.
В новом исследовании учёные успешно протестировали новый способ продления срока службы квантовой батареи. Соавтор исследования и кандидат наук RMIT Даниэль Тиббен сказал, что они приближаются к созданию работающей квантовой батареи. «Пока мы рассмотрели лишь крошечный компонент общей картины, но наше устройство уже намного лучше хранит энергию, чем его предшественник», — сказал он.
Разработка квантовых батарей в лаборатории остаётся сложной задачей. Предыдущие устройства демонстрировали впечатляющие скорости зарядки, но боролись с быстрыми темпами разряда, теряя накопленную энергию почти так же быстро, как они заряжались.
Для этого исследования, опубликованного в PRX Energy, команда создала и изучила пять устройств, которые работали лучше всего, когда два определённых уровня энергии идеально совпадали, позволяя более эффективно хранить энергию. Лучшее работающее устройство смогло хранить энергию в 1000 раз дольше, чем в предыдущих демонстрациях, улучшив хранение энергии с наносекунд до микросекунд.
Команда говорит, что, хотя это может показаться не таким уж большим сроком, прорыв доказывает концепцию и закладывает прочную основу для будущих исследований. Соавтор исследования и химик-физик RMIT профессор Даниэль Гомез сказал, что их исследование знаменует собой значительный шаг вперёд для квантовых батарей и прокладывает путь для улучшения их конструкции.
Трёхмерная микроскопия с помощью оптических пинцетов позволяет проводить 3D-визуализацию плавающих живых клеток
Трёхмерная (3D) визуализация имеет важное значение для исследования клеточной структуры и динамики. Традиционные оптические методы основаны на адгезивных или механических силах для удержания и сканирования клеток, что ограничивает их применимость к суспензионным клеткам и может вызывать стрессовые реакции. Разработка бесконтактной, полностью оптической 3D-визуализации для живых суспензионных клеток остаётся серьёзной задачей для продвижения биологических исследований in situ.
В исследовании, опубликованном в Science Advances, профессор Яо Баоли из Сяаньского института оптики и прецизионной механики (XIOPM) Китайской академии наук и профессор Оливье Ж. Ф. Мартин из Швейцарской федеральной политехнической школы в Лозанне разработали оптическую микроскопию с использованием пинцетных секций (OTSM), позволяющую проводить полностью оптическую 3D-визуализацию суспензионных живых клеток.
Исследователи разработали OTSM, интегрировав голографические оптические пинцеты (HOTs) со структурированной микроскопией освещения (SIM). Массив оптических ловушек в форме лепестков точно захватывает несколько суспензионных живых дрожжевых клеток. Осевое сканирование обеспечивает визуализацию всего объёма, захватывая три фазово-сдвинутых изображения на каждой глубине. Реконструкция SIM позволила получить высокоразрешающие срезы, обеспечивая бесконстрастную, высокоточную 3D-реконструкцию без фиксации образцов.
Технология OTSM преодолевает ограничения традиционных методов биовизуализации, которые полагаются на статические образцы и механическое сканирование. «Это способствует интеграции структурированной микроскопии освещения и оптической манипуляции, а также междисциплинарному слиянию оптических пинцетов с другими методами визуализации для удовлетворения требований к изотропному разрешению, большому полю зрения и сверхразрешению», — сказал профессор Яо Баоли.
Использование базовых моделей для реконструкции тау-лептонов
Модели-основы — это большие модели искусственного интеллекта, обученные в общем, не зависящем от конкретной задачи, на больших объёмах данных. В физике частиц моделирование данных является дорогостоящим и не совсем точным. Чтобы обойти это, исследователи изучают возможность использования базовых моделей.
В исследовании, опубликованном в SciPost Physics Core, учёные изучили, как одна из предложенных базовых моделей, изначально обученная на струях, может быть адаптирована для решения совершенно другой задачи: реконструкции адронно распадающихся тау-лептонов.
Этот многозадачный процесс включает в себя идентификацию спреев частиц, которые происходят от распада тау, из фонового шума от других частиц, реконструкцию кинематики распадающегося тау-лептона и идентификацию его режима распада. Результаты показывают, что предварительно обученная модель хорошо работает с этим новым типом данных и превосходит модели, обученные с нуля, по нескольким ключевым параметрам.
Это говорит о том, что базовые модели могут помочь сделать анализ физики частиц более эффективным и масштабируемым, особенно в ситуациях, когда высококачественные смоделированные данные ограничены. Подход может быть особенно полезен для будущих исследований, связанных с редкими частицами, такими как тау-лептоны, включая исследования бозона Хиггса.
quantum science and technology.”,”Unlike traditional batteries, which rely on chemical reactions, quantum batteries use quantum superposition and interactions between electrons and light to achieve faster charging times and potentially enhanced storage capacity.”,”In a new study, researchers have successfully tested a new way to extend the life of a quantum battery.”,”Study co-author and RMIT Ph.D. candidate Daniel Tibben said they were inching closer to a working quantum battery.”,”\”While we’ve addressed a tiny ingredient of the overall piece, our device is already much better at storing energy than its predecessor,\” he said.”,”Developing quantum batteries in the lab remains challenging.”,”Previous devices demonstrated impressive charging speeds but struggled with rapid discharge rates, losing stored energy almost as quickly as they charged.”,”For this study published in PRX Energy, the team built and studied five devices, which worked best when two specific energy levels aligned perfectly, allowing energy to be stored more efficiently.”,”The best performing device was able to store energy for 1,000 times longer than the previous demonstration, improving the energy storage from nanoseconds to microseconds.”,”The team says while this might not sound like a long time, the breakthrough proves the concept and builds a strong foundation for future research.”,”Study co-author and RMIT chemical physicist Professor Daniel Gómez said their study marks a significant advancement for quantum batteries and paves the way for improved designs.”,”\”While a working quantum battery could still be some time away, this experimental study has allowed us to design the next iteration of devices,\” Gómez said.”,”\”It’s hoped one day quantum batteries could be used to improve the efficiency of solar cells and power small electronic devices.\””,”CSIRO’s Science Leader Dr. James Quach, who led the previous experiment, also co-authored this paper. \”Australia is leading the way in experimental quantum battery research and this work is a significant advancement,\” Quach said.”,”Gomez and his team at RMIT have engaged industry partners to collaborate on designing the next iteration of prototypes.”,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tRMIT University\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Atomic and Condensed Matter\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник