Новая теория квантового транспорта раскрывает, как фемтосекундные термоэлектрические флуктуации влияют на контроль энергии на наноуровне. Университет Ювяскюля (Финляндия) внёс вклад в разработку теоретического подхода, который позволяет точно моделировать температурные различия и электрические токи в наномасштабных переходах, образованных одиночными молекулами. Исследование открывает новые возможности для проектирования компонентов, используемых в квантовых технологиях.
Термоэлектрический эффект — это явление, при котором разница температур генерирует электричество. Известным примером является эффект Зеебека, когда между концами материала, удерживаемого при разных температурах, возникает напряжение. В эффекте Пельтье, который является дополнительным явлением, электрический ток приводит к тому, что один конец материала нагревается, а другой охлаждается.
Феномен особенно интересен в электронике, где компоненты постоянно производят отработанное тепло. Если бы это тепло можно было преобразовать обратно в полезное электричество, одновременно контролируя перегрев, устройства могли бы стать значительно более энергоэффективными, объясняет старший преподаватель Рику Туовинен из Университета Ювяскюля.
Результаты опубликованы в PRX Energy.
Сотрудничество между исследователями из Университета Ювяскюля и Вроцлавского технологического университета показывает, как ведут себя температурные различия и электрические токи в наномасштабных переходах, образованных одиночными молекулами, когда электроны находятся не в равновесии, а колеблются во времени.
Для описания этого поведения был разработан новый подход к теории квантового транспорта, зависящего от времени, что позволяет изучать наномасштабные структуры, где простые модели не могут охватить многогранные квантовые эффекты. Теория уже реализована в вычислительном программном обеспечении CHEERS, что позволяет детально моделировать наномасштабные термоэлектрические процессы.
«Наши теоретические результаты показывают, что молекулярные переходы могут демонстрировать ультракороткие периоды, в течение которых эффективность термоэлектрического преобразования превосходит уровень установившегося состояния», — говорит Туовинен. Такие кратковременные пики эффективности демонстрируют, что динамический взгляд на термоэлектрический эффект имеет решающее значение как для понимания наномасштабных процессов, так и для развития будущих квантовых и энергетических технологий, продолжает он.
Исследование показывает, что фемтосекундные термоэлектрические флуктуации в молекулярных переходах могут открыть новые возможности для управления потоком энергии в наномасштабных компонентах.
«Это особенно актуально для будущих технологий, например, при разработке сверхбыстрых болометров, используемых для считывания кубитов в квантовых компьютерах», — добавляет Туовинен.
Исследование подчёркивает, что понимание зависящих от времени квантовых явлений имеет важное значение для использования теплопередачи в наномасштабных системах.
Предоставлено Университетом Ювяскюля.