Transférer rapidement de l'énergie d'un endroit à un autre – sans perte – pourrait fondamentalement changer les panneaux solaires et les ordinateurs. Matériaux fabriqués à partir de longues chaînes de minuscules particules, ou nanoparticules, prometteur pour un tel transfert d'énergie. Cependant, aller encore plus petit que les nano-dimensions n'a pas fonctionné tout à fait comme prévu. Les chercheurs soupçonnaient que les particules devaient être proches les unes des autres pour transférer efficacement l'énergie. Maintenant, une équipe a montré que les particules peuvent être trop proches. Spécifiquement, le transfert d'énergie chute considérablement lorsque les particules de la chaîne sont distantes de moins d'un nanomètre.

Pour ceux qui veulent construire de meilleurs panneaux solaires ou puces informatiques, cette étude répond à une question fondamentale sur la physique d'une conception prometteuse. Cette conception pourrait utiliser une structure chimique contenant des chaînes de nanoparticules. L'étude explique pourquoi l'efficacité du transfert d'énergie diminue. C'est-à-dire, il montre comment les effets de la mécanique quantique modifient les transferts. Aussi, cela montre que des calculs complexes, en utilisant une approche de liaison serrée fonctionnelle de densité en temps réel, apporter un éclairage mécaniste à l'analyse des transferts d'énergie en fonction de la distance interparticulaire.

Les scientifiques voulaient comprendre les effets de la mécanique quantique qui peuvent entraîner des résultats qualitativement différents et parfois complètement opposés. En particulier, ils voulaient comprendre la raison des efficacités et des inefficacités du transfert d'énergie dans les longues chaînes de nanoparticules. De telles chaînes sont prometteuses dans divers domaines, y compris la récupération d'énergie. Les approches de calcul conventionnelles n'étaient pas à la hauteur. Les chercheurs ont utilisé une liaison étroite fonctionnelle de densité en temps réel pour caractériser le transfert d'énergie en fonction de la distance interparticulaire. Contrairement aux méthodes électrodynamiques classiques, leurs calculs de dynamique quantique montrent une baisse d'efficacité pour les espacements de longueurs subnanométriques au sein de la chaîne de nanoparticules. La baisse d'efficacité est due à l'effet tunnel de la mécanique quantique qui modifie radicalement les couplages électroniques entre les nanoparticules. Ainsi, l'équipe a montré que la prise en compte de l'espacement des nanoparticules ainsi que des effets de mécanique quantique plus importants est vitale pour calculer avec précision les mécanismes de transfert d'énergie.