DYNAMO opnår første observation af ladningsadskillelseseffekten

University of Michigan har med succes demonstreret "ladningsadskillelseseffekten, " forudsagt for over et årti siden, som har et vigtigt potentiale for direkte omdannelse af lys til elektricitet uden de termodynamiske tab, der er typiske for fotovoltaisk (solcelle) teknologi. Resultaterne forventes at være vigtige for den fremtidige udvikling inden for ultrahurtig omstilling, nanofotonik, og ikke-lineær optik også.

"I over 150 år, siden Maxwells ligninger først blev formuleret, har ingen troet, at effekter muliggjort af lysets magnetiske kraft var mulige ved lave intensiteter, " siger prof. Stephen Rand, direktør for Center for Dynamisk Magneto-optik (DYNAMO), som ledede multi-institution-teamet, der bidrog til denne forskning.

Ifølge Rand, den nye forskning modsiger ikke Maxwells ligninger, men det er afhængigt af et andet sæt antagelser end de traditionelle argumenter vedrørende magnetiske effekter, der er baseret på mobilafgifter.

"I ledende medier, ved relativistiske intensiteter, de elektriske og magnetiske komponenter i det optiske felt bliver så stærke, at de begynder at flytte ladningerne med lysets hastighed og afbøjer bevægelsen for at forårsage magnetiske effekter, " siger Rand. "Men vi spekulerede på, hvad der ville ske, hvis du satte ledningsstrømmen lig med nul, stoppe den faktiske strøm af afgifter? Resultatet vi fandt var helt anderledes end historiske argumenter, viser, at magnetismen kan være lige så stor som den elektriske respons i nærvær af svage drivfelter ved meget høje frekvenser."

De resulterende magnetiske effekter i isolatorer genereret af lys med lav intensitet er en million gange stærkere end tidligere forventet. Under disse omstændigheder, lysets magnetiske kraft udvikler en styrke svarende til lysets (normalt dominerende) elektriske kraft. Dette tyder på, at magneto-elektriske interaktioner kunne understøtte den direkte omdannelse af sollys til elektrisk energi, fører til en ny slags solenergikilde uden halvledere og uden absorption for at producere ladningsadskillelse. Dette kan være med til at revolutionere udviklingen af ​​ren energi, fordi processen teoretisk set kunne være over 95 % effektiv, og det er især relevant for rumindustrien.

"Dette kunne være en enormt nyttig energikonverteringsteknik i rummet, fordi det ikke kræver installation af kilometerstore solcellepaneler, der er modtagelige for forvrængning under termisk belastning, og selve processen producerer ubetydelig varme. Ladningsadskillelseseffekten er en ikke-lineær respons fundet i helt naturlige optiske materialer, som reagerer lige godt på sammenhængende eller usammenhængende lys og undgår generering af spildvarme, ", siger Rand. "Dette kan hjælpe med at genoplive dybe rummissioner eller stationer på Mars, der løber tør for strøm og kan få ny energi fra et rumfartøj i kredsløb. Forestil dig at være i stand til at transmittere energi i en præcis stråle til et bestemt punkt og derefter bruge en optisk kondensator til at konvertere lyset effektivt til ladeseparation og lagret energi."

Forskningen, "Observation af magneto-elektrisk ensretning ved ikke-relativistiske intensiteter, " blev offentliggjort i Naturkommunikation .