La transferencia rápida de energía de un lugar a otro, sin pérdida, podría cambiar fundamentalmente los paneles solares y las computadoras. Materiales hechos de largas cadenas de partículas diminutas, o nanopartículas, prometen tal transferencia de energía. Sin embargo, ir incluso más pequeño que las nano-dimensiones no ha funcionado como estaba planeado. Los investigadores sospecharon que las partículas debían estar cerca unas de otras para transferir energía de manera eficiente. Ahora, un equipo ha demostrado que las partículas pueden estar demasiado cerca. Específicamente, la transferencia de energía cae drásticamente cuando las partículas de la cadena están separadas por menos de un nanómetro.

Para aquellos que quieran construir mejores paneles solares o chips de computadora, este estudio responde a una pregunta básica sobre la física de un diseño prometedor. Ese diseño podría usar una estructura química que contenga cadenas de nanopartículas. El estudio explica por qué baja la eficiencia de transferencia de energía. Es decir, muestra cómo los efectos de la mecánica cuántica alteran las transferencias. También, muestra que los cálculos complejos, utilizando un enfoque de enlace estrecho funcional de densidad en tiempo real, arrojar información mecanicista para analizar las transferencias de energía en función de la distancia entre partículas.

Los científicos querían comprender los efectos de la mecánica cuántica que pueden dar como resultado resultados cualitativamente diferentes y, a veces, completamente opuestos. En particular, querían entender la razón detrás de las eficiencias e ineficiencias de la transferencia de energía en largas cadenas de nanopartículas. Tales cadenas son prometedoras en diversos campos, incluida la recolección de energía. Los métodos de cálculo convencionales no estaban a la altura. Los investigadores utilizaron la unión estrecha funcional de densidad en tiempo real para caracterizar la transferencia de energía como una función de la distancia entre partículas. A diferencia de los métodos electrodinámicos clásicos, sus cálculos dinámicos cuánticos muestran una caída en la eficiencia para los espaciamientos de longitudes de subnanómetros dentro de la cadena de nanopartículas. La caída en la eficiencia se debe al efecto túnel de la mecánica cuántica que cambia drásticamente los acoplamientos electrónicos entre las nanopartículas. Por lo tanto, El equipo demostró que considerar el espaciamiento de las nanopartículas, así como los efectos mecánicos cuánticos más grandes, es vital para calcular con precisión los mecanismos de transferencia de energía.