論文の概要: Dimeric perylene-bisimide organic molecules: Application as a quantum battery

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.17233v1
• Date: Sun, 21 Sep 2025 20:54:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-23 18:58:16.177253
• Title: Dimeric perylene-bisimide organic molecules: Application as a quantum battery
• Title（参考訳）: ジメチルペリレンビシミド有機分子の量子電池への応用
• Authors: Samira Elghaayda, Mostafa Mansour,
• Abstract要約: この研究は、二量体ペリレンビシレン(PBI)分子の熱平衡配列から構築された量子電池(QB)の統一理論フレームワークを導入する。 我々は, エルゴトロピー, 瞬時充電, ストレージ容量, 量子コヒーレンスの4つの性能指標を評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This work introduces a unified theoretical framework for quantum batteries (QBs) constructed from thermally equilibrated arrays of dimeric perylene bisimide (PBI) molecules. These organic dimers, with chemically tunable transition energies and dipole-dipole interactions, constitute a scalable and practical platform for quantum energy storage. Using exact diagonalization of the Gibbs state supported by analytic and numerical resource-theoretic tools, we evaluate four performance metrics: ergotropy, instantaneous charging power, storage capacity, and quantum coherence. We find that exact resonance ($\nu_1 = \nu_2$) suppresses both ergotropy and charging power due to symmetric thermal population distributions. Introducing finite detuning ($\Delta = \nu_1 - \nu_2$) breaks this symmetry, redistributes populations, and significantly enhances extractable work, charging power, and storage capacity. Furthermore, while the capacity remains invariant under unitary dynamics, providing a useful reference bound, intermediate dipole-dipole coupling strengths ($V_{12}$) optimize the trade-off between ergotropy, coherence retention, and storage performance. Crucially, coherence-assisted energy storage persists up to experimentally relevant temperatures, underscoring the thermal resilience of PBI-based QBs. These results establish spectral detuning and dipole-dipole interaction tuning as essential design principles, positioning PBI dimers as a chemically realistic, experimentally accessible, and thermodynamically robust platform that bridges molecular engineering with quantum energy storage.
• Abstract（参考訳）: この研究は、二量体ペリレンジシミド(PBI)分子の熱平衡配列から構築された量子電池(QB)の統一理論フレームワークを導入する。 これらの有機二量体は化学的に調節可能な遷移エネルギーと双極子-双極子相互作用を持ち、量子エネルギー貯蔵のためのスケーラブルで実用的なプラットフォームを構成する。 解析的および数値的資源理論ツールによって支援されたギブス状態の正確な対角化を用いて、エルゴトロピー、瞬時充電力、記憶容量、量子コヒーレンスという4つの性能指標を評価する。 正確な共鳴(\nu_1 = \nu_2$)は、対称熱分布によるエルゴトロピーと帯電力の両方を抑制する。 有限デチューニング(\Delta = \nu_1 - \nu_2$)の導入は、この対称性を破り、人口を再分配し、抽出可能な作業、充電能力、貯蔵能力を大幅に向上させる。 さらに、キャパシティはユニタリダイナミクスの下では不変であり、有用な参照バウンドを提供するが、中間双極子-双極子結合強度(V_{12}$)はエルゴトロピー、コヒーレンス保持、ストレージ性能のトレードオフを最適化する。 重要なことに、コヒーレンス支援エネルギー貯蔵は実験的な温度まで持続し、PBIベースのQBの熱レジリエンスを損なう。 これらの結果は、PBI二量体を化学的に現実的で実験的に利用でき、量子エネルギー貯蔵で分子工学を橋渡しする熱力学的に堅牢なプラットフォームとして位置づけ、スペクトルデチューニングと双極子-双極子相互作用チューニングを必須の設計原理として確立する。

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