De Universiteit van Michigan heeft met succes het "ladingsscheidingseffect, " meer dan tien jaar geleden voorspeld, die een belangrijk potentieel heeft voor directe omzetting van licht in elektriciteit zonder de thermodynamische verliezen die typisch zijn voor fotovoltaïsche (zonnecel) technologie. De resultaten zullen naar verwachting belangrijk zijn voor toekomstige ontwikkelingen in ultrasnel schakelen, nanofotonica, en ook niet-lineaire optica.

"Meer dan 150 jaar sinds de eerste formules van Maxwell werden geformuleerd, heeft niemand gedacht dat effecten mogelijk waren door de magnetische kracht van licht bij lage intensiteiten. " zegt prof. Stephen Rand, Directeur van het Centrum voor Dynamische Magneto-optica (DYNAMO), die het multi-institutionele team leidde dat bijdroeg aan dit onderzoek.

Volgens Rand, het nieuwe onderzoek is niet in tegenspraak met de vergelijkingen van Maxwell, maar het is gebaseerd op een andere reeks aannames dan de traditionele argumenten met betrekking tot magnetische effecten die zijn gebaseerd op mobiele kosten.

"In geleidende media, bij relativistische intensiteiten, de elektrische en magnetische componenten van het optische veld worden zo sterk dat ze de ladingen beginnen te verplaatsen met de snelheid van het licht en de beweging afbuigen om magnetische effecten te veroorzaken, " zegt Rand. "Maar we vroegen ons af wat er zou gebeuren als je de geleidingsstroom gelijk aan nul stelt, het stoppen van de daadwerkelijke stroom van lasten? Het resultaat dat we vonden was totaal anders dan historische argumenten, waaruit blijkt dat magnetisme zo groot kan zijn als de elektrische respons in de aanwezigheid van zwakke aandrijfvelden bij zeer hoge frequenties."

De resulterende magnetische effecten in isolatoren die worden gegenereerd door licht met een lage intensiteit zijn een miljoen keer sterker dan eerder werd verwacht. Onder deze omstandigheden, de magnetische kracht van licht ontwikkelt een sterkte die gelijk is aan de (meestal dominante) elektrische kracht van licht. Dit suggereert dat magneto-elektrische interacties de directe omzetting van zonlicht in elektrische energie zouden kunnen ondersteunen, wat leidt tot een nieuw soort zonne-energiebron zonder halfgeleiders en zonder absorptie om ladingsscheiding te produceren. Dit zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de ontwikkeling van schone energie, omdat het proces theoretisch meer dan 95% efficiënt zou kunnen zijn, en het is vooral relevant voor de ruimtevaartindustrie.

"Dit zou een enorm nuttige techniek voor energieconversie in de ruimte kunnen zijn, omdat het geen kilometerslange zonnepanelen vereist die gevoelig zijn voor vervorming onder thermische belasting en het proces zelf produceert verwaarloosbare warmte. Het ladingsscheidingseffect is een niet-lineaire respons die wordt aangetroffen in volledig natuurlijke optische materialen die even goed reageert op coherent of onsamenhangend licht en het ontstaan ​​van afvalwarmte vermijdt, " Zegt Rand. "Dit zou kunnen helpen om diepe ruimtemissies of stations op Mars die bijna zonder stroom komen te doen herleven en die opnieuw van energie kunnen worden voorzien vanuit een in een baan om de aarde draaiend ruimtevaartuig. Stelt u zich eens voor dat u energie in een uiterst nauwkeurige straal naar een specifiek punt kunt overbrengen en vervolgens een optische condensator kunt gebruiken om het licht efficiënt om te zetten in scheidingslading en opgeslagen energie."

Het onderzoek, "Waarneming van magneto-elektrische rectificatie bij niet-relativistische intensiteiten, " werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie .