高校時代に化学の授業を寝てなかったら思い出せると思うが、
物質の分子構造や結晶構造は、
元素記号を棒線で繋いで表現する。
一応全体は構造を理解する上で必要だが、
その物質の「性質」を考えるにはアバウト過ぎる。
反応性や電気伝導度は、それではさっぱりわからない。
で、決め手は 元素ではなく、
その周りにある 電子雲 の状態だ。
(電子雲が仲介して性質が明確になり、反応が進む。)
この状態を「時間変化」を含めて表現しないとわけがわからないままだ。
酸化物なのに何で高温超伝導が起きるのか？
有機物でも起こりうる。
LED 半導体が何で光るのか？
太陽電池は何で発電できるのか？
何れも(緩い)結晶構造なのだが、並んでいる原子核の間を
通りにくそうでいて、その間を
すり抜けて電気が流れる。(電子が動く)
電子の動きやすさがその鍵を握る。
(どういう雲の構造なのか？)
ここではペロブスカイト太陽電池を考える。
(日本初の技術だが、相変わらず自民党がモタモタしてるもんだから、(金で支援する！とか無責任なこと言っている。リーダーシップを取るのが仕事じゃん)中国、韓国に追撃されている。)
今は、結晶構造をどう取れば最適なのか、どう製造したら低コストなのかが、開発競争のメインテーマと思うが、
酸化物超電導の時と同じく、原理研究をすっ飛ばしているのが間抜けなとこだ。頑張っても世界は認めないよ。
(因みに酸化物超伝導の現象を発見したのは日本人だよ。
日本(松下)→アメリカ(デュポン)→スイス(チューリッヒ)
で、理論化したスイス人に栄誉を持っていかれた。)
さらに、理論が見えてこないと、開発のポイントを外し、世界も認めない。
毎度前置きが長いが、どんな理論になるのかな？
(太陽光で何処の電子が、どう動きやすくなって、電気になるのか？)
明確でないので推定でざっくりとイメージしてみる。
ポイントは、
元素内のd 軌道への光励起
と
フロンティア軌道の時間遷移
だ。
まず、基本理論を。
電子は原子核の周りを回っている。(雲みたいに位置は判然としない球体面上の雲。)
中心から決まった距離を層状に(ミルフィーユ)回っている。s軌道とp軌道の２層だが。
光によってエネルギーをもらうと、外側の軌道に遷移できる。逆に光を出すと出戻る。
原子核が並んでいると、電子が浮気をしてあちこちにちょっかいを出す。これが電気になる。
つまり、
浮気者が活動しやすい環境(材料組み合わせ)を作ると、(規律の緩い人を並べると)効率よく電気が流れる。背徳だが。
さて、
実際の結晶を見てみると、中心となる元素の周りに怪しく他の元素が取り巻いている。(錯体構造)誘惑する奴が誘っている。６人が誘う、律儀な正８面体。
浮気者電子が球体軌道上に居るなら、もっとハレムになりそうだが、
実はs、pの外側の軌道、d 軌道は球体じゃなくて、何故か
(例えば)６方向に偏在した長楕円軌道になっている。
(その理由はまだ解明されていないぞ。電子エネルギーが高いから球体を維持できず、長楕円になるのが摂理かな。)
気づかれないように浮気できる抜け穴みたいだ。
ただ、この軌道でもある程度拘束(監視)されているのでフラフラ出歩けないが、
光が差し込むと(天使のささやき)内部軌道から電子が遷移してきて、割り込んできて撹乱する。遊ぶチャンスだ！
内部の球体軌道から長楕円軌道に飛び乗る
単純に考えると至難の技だが、周りの誘惑する元素によって、長楕円軌道が球に近い形に変形しているんでしょうね。 おいで、、、♥
(d 軌道エネルギーを抑圧する力が働くのか？すると球体に近くなるとか。)
球に近く変形できる物質の選択ほど、効率がいい発電になると言える。
また、この変形は固定な形ではなく、時間によって周期的に形が変動してるでしょう。
(抑圧エネルギーは完璧でなく、一瞬集中型かな。)
飛び出すチャンスは月夜の午前２時だ！
原子核が並んでいても、常に振動していて、遠くの原子核の影響も受ける。同じくd 軌道もさらに
謎の変形(フロンティア軌道)をするのかもしれない。
変形が「デジタル的な準位」(フロンティア軌道)をとるとなると、ありえる。(おーっ！おもしろくなってきた。)
電子が動きやすいことをイメージできる雲の様子をアニメーションで表現できたら、最適化がもっと早くできるんじゃない？
そういうこと、もうできる時代だよね。
人工知能コンピュータの得意領域で
浮気者が遊びやすい環境を探り当てろ！
(人間社会にも応用できるかも。探偵は廃業する時代かな。余談だけど。)
(そういえば、アト秒単位の原子の動きを解析できる技術が開発されたようだ。アニメ化はシミュレーションだけじゃなくリアル映像としても見られるかも。)