二聚体苝双酰亚胺有机分子:作为量子电池的应用

该研究团队引入了一个统一的理论框架,用于构建基于热平衡态二聚体苝双酰亚胺(PBI)分子阵列的量子电池。这些具有可化学调控跃迁能和偶极-偶极相互作用的有机二聚体,构成了可扩展且实用的量子储能平台。通过吉布斯态的精确对角化分析,辅以解析和数值资源理论工具,研究人员评估了四项性能指标:功容量、瞬时充电功率、储能容量和量子相干性。研究发现,精确共振条件(ν₁=ν₂)会因对称热布居分布抑制功容量与充电功率;而引入有限失谐(Δ=ν₁-ν₂)可打破这种对称性,重新分配布居数,显著提升可提取功、充电功率和储能容量。此外,虽然储能容量在幺正动力学下保持不变(提供了有用的参考界限),但中等强度的偶极-偶极耦合(V₁₂)能优化功容量、相干保持与存储性能的平衡。关键的是,在实验相关温度范围内,相干辅助储能效应持续存在,这印证了PBI基量子电池的热稳定性。这些成果确立了光谱失谐与偶极-偶相互作用调控作为核心设计原则,将PBI二聚体定位为一种化学可实现、实验可操作且热力学稳健的平台,实现了分子工程与量子储能之间的桥梁搭建。
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提交arXiv: 2025-09-21 20:54

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