分享这本书
第109章 开展量子超吸收验证
传统化学电池依靠氧化还原反应，通过化学键的断裂与重组来存储、释放化学能。
常见的锂电池、铅蓄电池都属于这类储能机制。
而在这样的框架下，电池的体积越大，参与反应的物质越多，内阻就越大，充电速度就越慢，这是所有化学电池无法突破的物理规律。
但量子电池的储能形式不属于传统化学能，它是直接依托量子系统的能级跃迁、量子相干效应来存储能量，以光子和量子态的形式完成能量的转移与留存。
整个过程不依赖化学反应，也不存在化学键的能量变化，和传统化学能的储能逻辑完全不同。
数据中描述的核心机制，当多个分子被置于光学微腔中，它们之间会通过量子纠缠产生集体协同效应。
简单来说，每增加一个参与协同的分子单元，整个体系对光子的吸收效率就会呈超线性增长，而不是传统化学体系中随着体积增大而衰减。
这就好比一个合唱团，单个歌手的声音有限，但当一个训练有素的合唱团齐声高歌时，声压级远远超过所有歌手单独发声的总和。
这种“1+1远大于2”的效应，在量子力学中有一个专门的名字，即，超辐射。
而量子电池利用的正是这种超辐射效应的逆过程，即，超吸收。
此刻，林川瞄了眼罗向东说道：“接下来的几个月，你们要做的事情就是在实验层面验证这个超吸收效应。不需要做出完整的电池，只需要观测到超线性的充电速率和存储容量特性，就算是阶段性胜利。”
罗向东点点头：“OK。”
接下来的日子，随着所需的资金和人手到位之后，罗向东带队量子储能项目组开始进行理论验证。
陆景负责搭建飞秒激光实验平台，这是一套极为复杂的超快光学系统，核心是一台钛宝石飞秒激光器，脉冲宽度能做到100飞秒以内。
飞秒激光器发出的脉冲极短，在时间分辨率上相当于一台能够看清分子运动的高速摄影机，是观测量子电池充电动力学的必备工具。
这种激光器对环境的振动和温度极其敏感，任何微小的震动都可能导致光路偏移。
不过搭建过程颇为顺利，陆景把整套系统放在主动隔振平台上，实验室的温度控制在±0.1度的精度。
他带着几个年轻工程师花了两周时间完成光路校准，期间烧坏了三个倍频晶体，损坏的原因都是光斑偏离了最佳路径。
陈知意负责制备微腔样品，量子电池的核心储能介质是一种叫做Lumogen—F的有机染料分子，这种分子具有极高的萤光量子产率，能够高效地吸收光子并进入激发态。
她的任务就是需要把不同浓度的染料分子封装进光学微腔中。
所谓的光学微腔，就是两面高反射率镜面夹着一层极薄的有源层，厚度只有几百纳米，相当于一根头发丝的千分之一。
这个腔体的尺寸决定了光子在其中能够存在的模式，直接影响到分子间的量子耦合强度。
陈知意带着团队根据林川提供的理论模型，摸索了十几天终于找到合适的旋涂参数。
最初几批样品要么膜厚不均匀，要么镜面反射率不达标，经过反复调整旋涂速度、溶液浓度和退火温度，在第四批量拿到了符合设计要求的微腔样品。
罗向东负责协调整个实验流程，同时处理理论计算。
把林川给的技术数据中的数学模型重新建立了一遍，生成了不同分子数量下的预期吸收曲线，为后续的实验数据提供对比基准。
作为深蓝科技的掌门人，林川没有天天待在项目组里，但他隔一段时间还是会过来看看进度。
到了4月下旬，所有的准备工作陆续就绪。
飞秒激光平台完成调试，微腔样品制备出库，测试方案通过了林川审核。
进入5月份后，开展了第一次验证实验。
但实验结果却是什么都没观察到，确切地说，观测到了一些信号。
但信噪比太低，完全无法与理论预测的特征曲线对应，数据看起来像是纯粹的噪声。
陆景检查了光路系统，没有发现故障。
更换了一批新样品重新测试，结果依然没有改善。
项目团队反复核对了实验参数，理论上应该能激发超吸收效应的泵浦功率和波长范围都没有问题。
实验连着三次都以失败告终。
不过很快就迎来了好消息，原因查明了，陆景检查光路的时候，发现泵浦光到达样品的时间与探测光之间存在大约30飞秒的系统性时间偏差。
这个延迟极其微小，在常规实验中完全可以忽略。
但在需要飞秒级时间分辨率的实验中，其偏差已经足以导致泵浦探测时序完全错开。
团队调整了延迟线，重新校准了光路。
5月16日，第四次实验开始。
这一次，当泵浦激光脉冲照射到微腔样品的瞬间，探测光清晰地捕捉到了一个特征信号。
吸收效率随着泵浦能量的增加，呈现出与理论预测完全吻合的超线性增长曲线。
更关键的是，当团队换用搭载了更多染料分子的大尺寸微腔样品时，单位体积内的充电速率不仅没有下降，反而明显提升。
这完美验证了量子超吸收效应的核心预言。
实验室里，罗向东把护目镜推到额头上，他看着屏幕上那条曲线不由得说道：“老大真是个天才————”
下午，罗向东便整理出了一份项目组的阶段性验证报告。
报告的核心结论是：实验成功观测到了超广量的充电速率与存储容量特性，与理论预测完全吻合，首次在有机微腔体系中完成了量子电池原型的原理性验证。
这份报告在当天下午送到了林川的办公桌上。
.
此刻，办公室里除了林川，沈雨欣也在这里。
林川正在阅览罗向东的报告，随后他在报告的最后一页签下了自己的名字，然后在下面加了一行批注：
【准予进入下一阶段。目标：完成完整的电能存储与输出闭环，制备首个可演示的量子电池原型。】
片刻后，林川将材料递给沈雨欣：“把这个给罗向东。”
沈雨欣点点头：“好的。”
随着沈雨欣离开办公室，林川在心里标记了一个时间节点。
如果一切顺利，第二阶段下半年应该能搞定，而量子电池的第一具工业原型，到明年就可以面世。
到那时候，很多事情都要开始提速了。
这个事情肯定要给军方写份材料，然后看看国家是怎么打算。
如此先进的技术，军用和民用都得推进。
但具体怎么推进，以什么节奏展开，肯定要先跟国家沟通好，深蓝科技绝对不能事先连招呼都不打一声，就自己对外公布出来。
五月下旬，Z—7实验楼进入了一个全新的阶段。
原理性验证的成功让整个量子储能项目组士气大振。
但所有人都清楚，真正的重头戏才刚刚开始，之前观测到的超吸收效应，本质上只是证明了“光能被快速捕获并暂存”这个物理现象是真实存在的。
而距离一个真正可以充放电的量子电池原型，中间还隔着好几道技术难点。
最大的问题在于，能量存不住。
之前的实验中，有机染料分子在飞秒激光脉冲的激发下进入量子相干态，能量以激发态的形式“冻结”在分子阵列中。
但这种冻结状态极其脆弱，分子之间的随机热运动、微腔内部的缺陷散射，甚至外界环境的微弱电磁干扰都会导致量子相干态的快速退相干。
用大白话来说，就是能量在极短的时间内，以热量或其他形式泄露掉了。
而在原理验证阶段，团队只测量了充电过程的光谱信号，并没有尝试把能量提取出来。
测量本身在飞秒级别就完成了，所以退相干的问题没有暴露出来。
但要做成一个真正可用的电池，储能时间必须从飞秒级别提升到秒级，甚至分钟级。
这意味着要把退相干速率压制到现有水平的十亿分之一以下，难度相当于要求一壶烧开的水在不加热也不保温的情况下，持续保持沸腾状态一整天。
时间来到六月份，林川跟项目组的几个主要负责人召开了一次技术讨论会。
此刻，罗向东、陆景、陈知意也都在林川的办公室里。
办公室里的一块白板上写满了公式和工艺路线图，旁边画着几个被打了叉的方案框架。
罗向东首先开口：“目前的核心瓶颈就一个，退相干太快。”
他顺手拿起激光笔指了指白板上的一组数据，补充说道：“我们在微腔中测到的量子相干态寿命，最好的数据只有17飞秒。”
这是什么概念？光在17飞秒的时间里只能走5微米的距离。
罗向东接着说：“这么短的时间，能量还没来得及提取就已经以热辐射的形式耗散掉了。”
这时，陆景站起来走到白板前，他拿起记号笔在空白处画了一个简化的能级图。
“退相干的根源，我分析了两条。”
“第一条是分子间的自发辐射耦合。当大量染料分子同时处于激发态时，它们之间的偶极相互作用会产生一种级联式的退激发通道。”
“简单说，一个分子掉回基态，会带动周围的分子一起掉，像多米诺骨牌一样。”
说到这里的陆景在能级图旁边画了一个向上的箭头，标了“泵浦”两个字，然后又在旁边画了一串向下的箭头，标了“级联退激”四个字。
“第二条是微腔本身的模式泄露。理想的光学微腔应该是完美的法布里—珀罗腔，光子在里面来回反射，理论上可以无限期地困在腔里。”
“但实际的微腔不可能是完美的，镜面的反射率做不到百分之百，介质的折射率存在微观涨落，腔体的两个反射面之间也存在纳米级的平行度偏差。这些小缺陷加在一起就形成了“漏光”通道。”
林川听完点了点头，表情没有太大变化，这在他的预期之内。
片刻后，林川问道：“有没有找到解决方案？”
陆景摇了摇头：“暂时没有。”
林川稍加思索了一会儿，在白板上简单画了一组分子结构草图。
“改变储能介质是一种解决方案，Lumogen—F是现成的商业化染料分子，但它不是为量子电池设计的。它的激发态寿命本身就不长，而且分子之间的堆积方式会导致严重的浓度淬灭。”
说到这里，林川看向陆景：“我尝试去定制合成一批新的有机分子，核心思路是在分子结构中引入空间位阻基团，把相邻分子隔开，降低偶极相互作用。”
陆景顿时眼前一亮，旋即点了点头：“有道理，我知道了。”
不一会儿，林川转而看陈知意，她的主要工作是负责工艺整合这一块的只见林川看着她说道：“还有优化微腔设计。目前的微腔用的是分布式布拉格反射镜，由交替沉积的高低折射率介质层组成。”
“理论上增加层数可以提高反射率，但工艺上的应力累积会导致薄膜开裂。”
林川顿了顿，补充说：“尝试用介质—金属复合反射镜的方案，把顶部镜面换成超薄银膜加介质保护层的结构，在保持高反射率的同时降低工艺难度。”
陈知意听完了说林川这个方案思路，随即也点了点头：“明白了。”
林川拿出一份文件递给陆景：“合成路线我已经设计好了，一共七步反应。如果找外面CRO公司做，周期大概两个月，但我们自己有了有机合成实验室。”
接过文件的陆景看了看，随即说道：“我可以自己带人做，三周之内应该可以出第一批样品。”
随即，林川看向陈知意：“新微腔方案你这边大概需要多长时间验证？”
陈知意回答：“工艺参数的优化大概两周，加上测试一共三周，可以和陆景的工作并行。”
林川点了点头，略作沉吟后，他转向罗向东：“把时间表排出来，三周之后我要看到第一批新分子和新微腔的测试数据。”
罗向东旋即在本子上刷刷记了几笔：“没问题。另外还有一件事，放电回路的设计需要提前启动了。”
他补充说道：“之前的实验只在光域里测量了信号，没有做电提取。等陆景他们搞工了储能时间的问题，下一步就是要把激发态的能量以电能的形式提取出来。放电回路的设计、阻抗匹配、功率管理，这些都需要时间。”
林川想了想：“那就再从极光项目组调两个功率电子工程师过来，让他们签保密协议，尽快来量子储能项目组报到。”
罗向东点点头：“那OK，我没问题了。”
林川环视众人：“各位还有什么要补充的没有？好，没有那就散会。”
黑科技：从单兵隐形装备开始
加载中…