Att snabbt överföra energi från en plats till en annan - utan förlust - kan i grunden förändra solpaneler och datorer. Material gjorda av långa kedjor av små partiklar, eller nanopartiklar, visa löfte för sådan energiöverföring. Dock, gå ännu mindre än nano-dimensioner har inte fungerat som planerat. Forskare misstänkte att partiklarna behövde vara nära varandra för att effektivt överföra energi. Nu, ett team har visat att partiklarna kan vara för nära. Specifikt, energiöverföringen sjunker dramatiskt när partiklarna i kedjan är mindre än en nanometer från varandra.

För dem som vill bygga bättre solpaneler eller datorchips, denna studie besvarar en grundläggande fråga om fysiken i en lovande design. Den designen kan använda en kemisk struktur som innehåller kedjor av nanopartiklar. Studien förklarar varför energiöverföringseffektiviteten sjunker. Det är, den visar hur kvantmekaniska effekter förändrar överföringarna. Också, det visar att komplexa beräkningar, med hjälp av ett funktionellt tätt bindande tillvägagångssätt i realtidstäthet, sprida mekanistisk insikt för att analysera energiöverföringar baserat på interpartikelavstånd.

Forskare ville förstå de kvantmekaniska effekterna som kan resultera i kvalitativt olika och ibland helt motsatta resultat. Särskilt, de ville förstå orsaken bakom effektivitet och ineffektivitet av energiöverföring i långa nanopartikelkedjor. Sådana kedjor lovar på olika områden, inklusive energihämtning. Konventionella beräkningsmetoder klarade inte uppgiften. Forskare använde funktionell tät bindning i realtid för att karakterisera energiöverföring som en funktion av interpartikelavstånd. I motsats till klassiska elektrodynamiska metoder, deras kvantdynamiska beräkningar visar en minskning av effektiviteten för avstånd av subnanometerlängder inom nanopartikelkedjan. Minskningen av effektiviteten beror på kvantmekanisk tunneling som dramatiskt förändrar de elektroniska kopplingarna mellan nanopartiklar. Således, teamet visade att det är viktigt att överväga avstånd mellan nanopartiklar och större kvantmekaniska effekter för att exakt beräkna energioverföringsmekanismer.