Исследователи из Японии сообщают, что энергетические сборщики могут превзойти традиционные термодинамические ограничения, такие как эффективность Карно, используя квантовые состояния, которые избегают термализации. Команда разработала новый подход, используя нетепловую жидкость Томонаги-Латтингера (TL), для преобразования отработанного тепла в электричество с более высокой эффективностью, чем при использовании традиционных методов.
Энергосборщики: потенциал для более эффективной электроники
Энергосборщики — это устройства, которые улавливают энергию из источников окружающей среды. Они могут сделать электронику и промышленные процессы более эффективными. Мы окружены отработанным теплом, которое генерируется повсюду компьютерами, смартфонами, электростанциями и заводским оборудованием. Технологии энергосборки предлагают способ превратить эту потерянную энергию в полезное электричество, снижая нашу зависимость от других источников питания.
Однако традиционные методы энергосборки ограничены законами термодинамики. В системах, основанных на тепловом равновесии, эти законы устанавливают фундаментальные ограничения на эффективность преобразования тепла. Например, эффективность Карно описывает соотношение генерируемой электрической мощности и извлечённого тепла из отработанного.
Новый подход к сбору энергии
Исследовательская группа под руководством профессора Тошимасы Фудзисавы из Института науки Токио (Science Tokyo) в Японии, в сотрудничестве с выдающимся исследователем Кодзи Мураки из лабораторий NTT Basic Research, нашла способ обойти этот барьер. В их статье, опубликованной в Communications Physics 30 сентября 2025 года, представлена новая методика энергосборки, использующая уникальные квантовые состояния для достижения эффективности, выходящей за рамки традиционных термодинамических ограничений.
Вместо того чтобы полагаться на традиционные тепловые состояния, исследователи использовали свойства нетепловой жидкости Томонаги-Латтингера (TL). Это особый тип одномерной электронной системы, которая из-за своей квантовой природы не термализуется. Это означает, что при введении тепла система сохраняет своё нетепловое высокоэнергетическое состояние, а не распределяет энергию равномерно, как это происходит в традиционной тепловой системе.
Результаты исследования
Исследовательская группа разработала эксперимент, демонстрирующий потенциал этой концепции. Они ввели отработанное тепло от квантового точечного контактного транзистора в жидкость TL. Это нетепловое тепло было транспортировано на несколько микрометров к квантово-точечному тепловому двигателю, который преобразует тепло в электричество с помощью квантовых эффектов. Исследователи обнаружили, что этот нетрадиционный источник тепла создаёт значительно более высокое электрическое напряжение и достигает более высокой эффективности преобразования, работая намного лучше, чем традиционный, квазитермализованный источник тепла.
«Эти результаты побуждают нас использовать TL-жидкости в качестве нетеплового источника энергии для новых конструкций энергосборщиков», — говорит Фудзисава.
Контроль оптического вращения в проводящих полимерах
Исследователи из Университета Цукубы разработали новый метод контроля оптического вращения проводящего полимера политиофена в магнитном поле при низком напряжении. Этот метод сочетает в себе явление «вращения Фарадея», при котором плоскость поляризации вращается в ответ на магнитное поле, с электрохимическим окислением и восстановлением проводящих полимеров.
Исследование опубликовано в журнале Molecular Crystals and Liquid Crystals. Проводящие полимеры обладают различными свойствами, помимо проводимости, и находят применение в светоизлучающих устройствах, электромагнитной экранировке и антикоррозионных материалах.
Одним из их свойств является генерация поляронов — виртуальных частиц, ответственных за электропроводность, которые образуются при легировании путём электрохимического окисления в проводящих полимерах. Эти поляроны существенно влияют на оптические и магнитные свойства.
Здесь исследователи сосредоточились на явлении «вращения Фарадея», при котором оптически неактивные вещества демонстрируют оптическое вращение, когда линейно поляризованный свет проходит параллельно магнитному полю.
Группа исследователей ранее синтезировала различные оптически активные проводящие полимеры в жидких кристаллах. Здесь они синтезировали оптически неактивные политиофены и модулировали их поляроны, электрохимически окисляя и восстанавливая (легируя и делегруя) их в магнитном поле в конфигурации Фарадея при постоянном низком напряжении 1,5 В.
Таким образом, сочетание магнитной модуляции и электрохимии наделяет проводящие полимеры электрохимическим контролем оптического вращения. Они разработали метод контроля оптического вращения ахиральных политиофенов. Этот метод имеет многообещающие применения в датчиках магнитного поля и устройствах оптической связи.