Il trasferimento rapido di energia da un luogo a un altro, senza perdite, potrebbe cambiare radicalmente i pannelli solari e i computer. Materiali costituiti da lunghe catene di minuscole particelle, o nanoparticelle, mostrare la promessa per tale trasferimento di energia. Però, andare ancora più piccolo delle nano-dimensioni non ha funzionato come previsto. I ricercatori sospettavano che le particelle dovessero essere vicine l'una all'altra per trasferire energia in modo efficiente. Ora, un team ha dimostrato che le particelle possono essere troppo vicine. Nello specifico, il trasferimento di energia diminuisce drasticamente quando le particelle nella catena sono a meno di un nanometro di distanza.

Per coloro che vogliono costruire migliori pannelli solari o chip per computer, questo studio risponde a una domanda fondamentale sulla fisica di un progetto promettente. Quel progetto potrebbe utilizzare una struttura chimica che contiene catene di nanoparticelle. Lo studio spiega perché l'efficienza del trasferimento di energia diminuisce. Questo è, mostra come gli effetti della meccanica quantistica alterano i trasferimenti. Anche, mostra che calcoli complessi, utilizzando un approccio di legame stretto funzionale di densità in tempo reale, gettare intuizioni meccanicistiche per analizzare i trasferimenti di energia in base alla distanza interparticellare.

Gli scienziati volevano comprendere gli effetti quantomeccanici che possono portare a risultati qualitativamente diversi e talvolta completamente opposti. In particolare, volevano capire il motivo dietro le efficienze e le inefficienze del trasferimento di energia nelle lunghe catene di nanoparticelle. Tali catene promettono in diversi campi, compresa la raccolta di energia. Gli approcci di calcolo convenzionali non erano all'altezza del compito. I ricercatori hanno utilizzato il legame stretto funzionale della densità in tempo reale per caratterizzare il trasferimento di energia in funzione della distanza tra le particelle. Contrariamente ai metodi classici dell'elettrodinamica, i loro calcoli quantistici dinamici mostrano un calo dell'efficienza per le distanze delle lunghezze subnanometriche all'interno della catena di nanoparticelle. Il calo di efficienza è dovuto al tunneling meccanico quantistico che modifica drasticamente gli accoppiamenti elettronici tra le nanoparticelle. Così, il team ha dimostrato che considerare la spaziatura delle nanoparticelle e gli effetti quantomeccanici più ampi è fondamentale per calcolare con precisione i meccanismi di trasferimento dell'energia.