Superabsorção: Baterias quânticas são viabilizadas por novo fenômeno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/01/2022

Até agora era apenas uma teoria, agora é uma etapa na agenda dos pesquisadores.
[Imagem: University of Adelaide]

Superabsorção

Físicos deram um passo essencial para viabilizar a futura construção de uma "bateria quântica", que promete armazenar mais energia e recarregar muito rapidamente.

Na verdade, quanto maior for a bateria quântica, menos tempo ela levará para ser recarregada.

Para que isso seja possível, era primeiro necessário demonstrar experimentalmente um fenômeno que até agora era apenas teórico, chamado "superabsorção".

A forma como a matéria emite ou absorve energia tipicamente depende das propriedades intrínsecas dos átomos e moléculas que a compõem, mas é possível fazer com que esses átomos e moléculas atuem de uma forma a produzir uma espécie de sinergia, gerando uma interferência construtiva.

Por exemplo, já foram feitas várias demonstrações em que múltiplos emissores de luz atuam conjuntamente, produzindo um efeito maior do que a soma das partes, chamado superradiância.

A superabsorção é o inverso da superradiância, mas até agora vinha sendo difícil - devido à escala em dimensão atômica - construir sistemas que permitissem explorar essa absorção coletiva otimizada de energia.

Foi isto o que fizeram James Quach e uma equipe de físicos da Austrália, Itália e Reino Unido.

Esquema do experimento que comprovou a superabsorção.
[Imagem: James Q. Quach et al. - 10.1126/sciadv.abk3160]

Demonstração da superabsorção

Para demonstrar experimentalmente o conceito de superabsorção, Quach construiu várias microcavidades de diferentes tamanhos, fabricadas com camadas alternadas de dióxido de silício e pentóxido de nióbio.

Estes dois materiais permitiram construir microcavidades espelhadas com uma capacidade de reflexão extremamente alta, permitindo que a luz fique armazenada em seu interior - refletindo-se entre as paredes da cavidade - pelo maior tempo possível.

Cada cavidade recebeu diferentes números de moléculas de um semicondutor orgânico, um corante chamado laranja lumogênio-F. Cada conjunto de moléculas foi então energizado usando um laser, ou seja, cada conjunto passou a armazenar energia.

A equipe começou com uma cavidade, medindo quanta energia ela armazenava. E então foi aumentando paulatinamente o número de cavidades.

O resultado não se fez esperar: Conforme aumentava o número de cavidades ou o número de moléculas em cada uma, menor era o tempo necessário para injetar no sistema a mesma quantidade de energia. Em outras palavras, a superabsorção estava operando no sistema.

"Subjacente ao efeito superabsorvente das baterias quânticas está a ideia de que todas as moléculas agem coletivamente, através de uma propriedade conhecida como superposição quântica," explicou o professor James Quach, da Universidade de Adelaide, na Austrália.

Mão na massa

Feita a demonstração prática da superabsorção, começa agora um grande esforço para explorar tecnologicamente este fenômeno, mais especificamente, construindo um protótipo funcional de uma bateria quântica.

"Baterias quânticas, que usam princípios da mecânica quântica para melhorar suas capacidades, exigem menos tempo de carregamento quanto maiores forem. Teoricamente é possível que o poder de carregamento das baterias quânticas aumente mais rapidamente do que o tamanho da bateria, o que poderia permitir novas maneiras de acelerar o carregamento," detalhou o professor Quach.

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