Fizikçiler Tek Kalsiyum Atom Tarafından Desteklenen Süper Minik Bir Motor İnşa Ediyorlar

Fizikçiler çıplak gözle göremediğiniz bir motor geliştirdiler.

Bugün dergide yayınlanan bir makalede Bilim Almanya'daki Mainz Üniversitesi ve Kassel Üniversitesi'nden araştırma ekibi, tek bir şarjlı Kalsiyum-40 atomunu yakalayan ve salınım yapan ve buharlı lokomotif ve otomobil motorları gibi enerji üreten bir elektromanyetik sistem yarattı. Ve bu küçük motorun kuantum mekaniği nedeniyle, fizikçiler sistemin aynı seviyede çalıştığına ve ortalama araba motorundan bile daha verimli olabileceğine inanıyorlar.

Johannes Roßnagel Mainz Üniversitesi'nde araştırmacı ve deneysel fizikçi “50'li yılların sonlarından bu yana motorların kuantum özelliklerinde birçok teorik açıklama ve araştırma yapıldı” diyor Ters. “Şimdi bunun mümkün olduğunu gösterdik.”

Roßnagel ve ekibi dört yıl önce termodinamikte kuantum etkilerini araştırmak istediklerinde projeye başladılar ve deney yapmanın en iyi yolunun bir motor oluşturmak olacağını düşündüler. Her şeyi sıfırdan küçük bir bütçeyle inşa etmek zorunda kaldılar, diyor. Kişiselleştirilmiş elektronikler ve iyonları çok hassas bir şekilde kontrol edebilecek bir sistem inşa etmek zorunda kaldılar. Sıcaklık ölçümlerini elde etme tekniğini geliştirmek için tüm yıllarını aldı - ortak yöntemler motorları için çok yavaş ya da yanlış.

Buldukları şey, elektromanyetik bir alan içinde yalnız kalsiyum atomunu (ancak yüklü olan herhangi bir atomun işini yapabilen) yalnız kalan kalsiyum atomunu (ancak yüklü olan herhangi bir atomun işini yapabilen) sekterleştiren sekiz milimetre uzunluğunda ve dört milimetre çapında bir iyon tuzağıydı. İki lazer tuzağın ucuna işaret eder, biri atomu ısıtır, diğeri onu soğutur. Sıcaklıktaki bu dalgalanma, iyonu, ses dalgası gibi sürekli artan bir harmonik salınım yaratmaya itiyor. Roßnagel, bu durumda, mekanik iş üretmek için gaz veya sıvılara dayanan daha büyük termik motorlarla aynı fikir olduğunu, ancak bu durumda sadece bir parçacık olduğunu açıklıyor.

Roßnagel, tek atomlu motorun sadece 10-22 watt üretebildiğini, ancak aslında bir araba motoruyla karşılaştırılabildiğini söylüyor. Ortalama araba motorundaki ayrı ayrı gaz parçacıklarının enerji miktarını hesaplarsanız, motorun gücü tek atomlu motorla aynı büyüklüktedir.

Roßnagel, “Bu bizim için çok şaşırtıcıydı” diyor. “Bu, böyle bir sistemi tek bir parçacığa indirdiğinizde, hala makroskopik motorlarla aynı seviyede performans gösterdiği anlamına geliyor.”

Kendisi ve meslektaşları, bu verimlilik düzeyinin, yalnızca tek atomlar ve parçacıklar yoluyla üretilebilen kuantum etkiler, benzersiz özellikler nedeniyle olduğuna inanıyor. Roßnagel, termodinamik kuantum etkilerinin, motorların tek bir enerji kaynağı olarak sıcaklığa güvenmek zorunda kalmamasını ve tek atomlu bir motorun kuantum özelliklerinin, termal motordan daha fazla güç üretme potansiyeline sahip olacağını açıklıyor. Ancak, dış fizikçiler o kadar kesin değil.

“Bu verimliliği sadece“ kuantum mekaniğinin garipliğinden ”kabul etmiyorum”, denemeye dahil olmayan Berkeley Kaliforniya Üniversitesi'nde teorik bir fizikçi olan Hartmut Häffner anlattı 2014 yılında Roßnagel'in motor hakkında bir öneri kağıdı yazdığı zaman. Häffner, potansiyel tek atomlu motorun “çok ilginç ve çok iyi tanımlanmış olduğunu” ekliyor. Termodinamik hakkında bildiklerimizin sınırlarını yeni bir rejime sokmaya çalışıyor. ”

Tek atomlu motor Roßnagel ve ekibi, bugün bildiği en küçük motordur. Yine de, tek bir elektronla daha küçük olanları yaratma olasılığı var, ancak birini takip etmenin herhangi bir ilgisi olduğuna inanmıyor. “Motorda çalışan tek bir parçacık var ve bunun bir kalsiyum atomu mu yoksa bir elektron mu olduğu da bizim araştırma bakış açımızdan fark yaratmıyor.”

Ardından Roßnagel, teknolojiyle küçük buzdolapları inşa etmek istiyor. Termodinamik çevrimi tersine çevirerek, tek atomlu motor tam bir buzdolabı gibi çalışacaktı, diye açıklıyor. Sistemler, gıda saklama cihazlarımız gibi ısıtılan bir taraf ve soğutulan bir taraf yaratan bir sıcaklık farkı yaratır. Uzak gelecekte, bu nano ölçekli motorların cipsleri ve tek atomlu transistörleri geliştirdiğini de görebilir.

“Bir işlem sırasında üretilen ısı yonga endüstrisi için çok büyük bir sorundur. Eldeki ilave soğutma sistemlerine sahip olmanın çok yardımcı olacağını düşünüyorum ”dedi.

İlk tek atomlu motorlarından tam olarak çıkanlardan bağımsız olarak, Roßnagel “bunun bir gün daha büyük uygulamalar bulacağına” inanıyor.