Мичиганский университет успешно продемонстрировал" эффект разделения зарядов", предсказанный более десяти лет назад, который имеет важный потенциал для прямого преобразования света в электричество без термодинамических потерь, характерных для фотоэлектрических технологий (солнечных элементов). Ожидается, что полученные результаты будут иметь важное значение для будущих разработок в области сверхбыстрой коммутации, нанофотоники и нелинейной оптики.

"В течение более чем 150 лет с тех пор, как были впервые сформулированы уравнения Максвелла, никто не думал, что эффекты, вызванные магнитной силой света, возможны при низких интенсивностях", - говорит проф. Стивен Рэнд, директор Центра динамической Магнитооптики (Динамо), возглавлявший многоинституциональную команду, внесшую свой вклад в это исследование.

Согласно Рэнд, новое исследование не противоречит уравнениям Максвелла, но оно опирается на другой набор предположений, чем традиционные аргументы относительно магнитных эффектов, основанных на подвижных зарядах.

"В проводящих средах при релятивистских интенсивностях электрические и магнитные компоненты оптического поля становятся настолько сильными, что они начинают перемещать заряды со скоростью света и отклоняют движение, вызывая магнитные эффекты", - говорит Рэнд. "Но мы задавались вопросом, Что произойдет, если вы установите ток проводимости равным нулю, остановив фактический поток зарядов? Результат, который мы обнаружили, полностью отличался от исторических аргументов, показывающих, что магнетизм может быть таким же большим, как электрический отклик в присутствии слабых движущих полей на очень высоких частотах."

Результирующие магнитные эффекты в изоляторах, генерируемых низкоинтенсивным светом, в миллион раз сильнее, чем ожидалось ранее. В этих условиях магнитная сила света развивает силу, эквивалентную (обычно доминирующей) электрической силе света. Это говорит о том, что магнито-электрические взаимодействия могут поддерживать прямое преобразование солнечного света в электрическую энергию, что приведет к новому виду солнечного источника энергии без полупроводников и без поглощения для разделения зарядов. Это может помочь революционизировать развитие чистой энергетики, потому что теоретически этот процесс может быть эффективен более чем на 95%, и это особенно актуально для космической отрасли.

"Это может быть чрезвычайно полезным методом преобразования энергии в космосе, потому что он не требует развертывания солнечных батарей размером с километр, которые подвержены искажениям при тепловой нагрузке, а сам процесс производит незначительное тепло. Эффект разделения зарядов-это нелинейный отклик, обнаруживаемый во всех естественных оптических материалах, которые одинаково хорошо реагируют на когерентный или некогерентный свет и избегают образования ненужного тепла", - говорит Рэнд. "Это может помочь возродить дальние космические миссии или станции на Марсе, которые исчерпывают энергию и могут быть повторно заряжены с орбитального космического корабля. Представьте себе, что вы можете передавать энергию в точечном Луче в определенную точку, а затем использовать оптический конденсатор для эффективного преобразования света в разделение заряда и накопленную энергию."

Исследование "наблюдение магнитоэлектрической ректификации при нерелятивистских интенсивностях" было опубликовано в журнале Nature Communications.

ИСТОЧНИК