Gli innovativi dispositivi di accumulo, realizzati da ricercatori del Politecnico di Milano e dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche, presentano tempi di ricarica più rapidi e verranno utilizzati su dispositivi come i caricabatterie senza fili, le celle solari e le macchine fotografiche.

Ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IFN) e del Politecnico di Milano hanno costruito una batteria che, seguendo le leggi della fisica quantistica, presenta un tempo di ricarica inversamente correlato alla quantità di energia immagazzinata. Le possibili applicazioni riguardano dispositivi come i caricabatterie senza fili, le celle solari e le macchine fotografiche. Il lavoro, svolto insieme ad altri gruppi di ricerca internazionali, è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica multidisciplinare “Science Advances” dell’American Association for the Advancement of Science (AAAS).

Le batterie quantiche sono una nuova classe di dispositivi di accumulo di energia che operano secondo i principi della fisica quantistica, la scienza che studia l’infinitamente piccolo dove non sempre valgono le leggi della fisica classica. Tersilla Virgili, dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche, e Giulio Cerullo, del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, hanno dimostrato che è possibile fabbricare un tipo di batteria quantica dove il potere di ricarica aumenta più velocemente aumentando la capacità della batteria.

Un dispositivo dalla carica iper-veloce che potrà essere applicato in vari ambiti scientifici e tecnologici

“Le batterie quantiche presentano una proprietà contro-intuitiva in cui il tempo di ricarica è inversamente correlato alla capacità della batteria e cioè alla quantità di carica elettrica immagazzinata”, spiega Virgili. “Ciò porta all’idea intrigante che il potere di carica delle batterie quantiche sia super-estensivo, e cioè che aumenti più velocemente con le dimensioni della batteria”.
Il dispositivo fabbricato è una microcavità in cui il materiale attivo è costituito da molecole organiche disperse in una matrice inerte. “Ogni molecola rappresenta un’unità che può esistere in uno stato di sovrapposizione quantistica di due livelli di energia (fondamentale ed eccitato), simile al modo in cui un qubit, l’unità base di informazione quantistica, può essere sia 0 che 1 contemporaneamente nei computer quantistici”, ha specificato Cerullo. Costruendo la batteria quantica in un modo in cui le unità possono esistere in sovrapposizione, il sistema totale può comportarsi collettivamente. Questo comportamento, noto come coerenza quantistica, consente alle unità di agire in modo cooperativo, dando origine a una carica iper-veloce che dipende dal numero delle molecole-unità.
“In futuro, questo tipo di dispositivo potrà essere applicato in vari ambiti scientifici e tecnologici come ad esempio caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche”, ha concluso Virgili.

Il CNR-IFN

L’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie svolge attività di ricerca innovativa nel campo della fotonica e delle nanotecnologie, considerando sia gli aspetti fondamentali sia quelli applicati che coinvolgono lo sviluppo di nuovi dispositivi e sistemi fotonici, apparecchiature optoelettroniche e dispositivi elettronici. L’istituto è strettamente integrato con la comunità scientifica nazionale e collabora con le maggiori Università e Centri di ricerca internazionali attraverso progetti mirati finanziati dai principali enti e fondazioni nazionali e internazionali. Il CNR-IFN fa parte del CNR, ovvero l’ente pubblico incaricato di svolgere, promuovere, diffondere, trasferire e migliorare le attività di ricerca nei principali settori di crescita della conoscenza e delle sue applicazioni per lo sviluppo scientifico, tecnologico, economico e sociale del Paese.