Fysikere skaber verdens mindste motor

Teoretiske fysikere ved Trinity College Dublin er blandt et internationalt samarbejde, der har bygget verdens mindste motor - som, som en enkelt calciumion, er cirka ti milliarder gange mindre end en bilmotor.

Arbejde udført af professor John Goolds QuSys -gruppe i Trinity's School of Physics beskriver videnskaben bag denne lille motor. Forskningen, offentliggjort i dag i internationalt tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve , forklarer, hvordan tilfældige udsving påvirker driften af ​​mikroskopiske maskiner. I fremtiden, sådanne anordninger kunne inkorporeres i andre teknologier for at genbruge spildvarme og dermed forbedre energieffektiviteten.

Selve motoren - en enkelt calciumion - er elektrisk ladet, hvilket gør det let at fælde ved hjælp af elektriske felter. Motorens arbejdssubstans er ionens "iboende spin" (dets vinkelmoment). Dette spin bruges til at omdanne varme absorberet fra laserstråler til svingninger, eller vibrationer, af den fangede ion.

Disse vibrationer virker som et "svinghjul", som fanger den nyttige energi, der genereres af motoren. Denne energi lagres i diskrete enheder kaldet "quanta", som forudsagt af kvantemekanik.

"Svinghjulet giver os mulighed for faktisk at måle effekt af en atomskala motor, at løse en enkelt energikvante, for første gang, "sagde Dr. Mark Mitchison fra QuSys -gruppen på Trinity, og en af ​​artiklens medforfattere.

Start af svinghjulet fra hvile - eller mere præcist, fra sin "grundtilstand" (den laveste energi inden for kvantefysik) - holdet observerede den lille motor, der tvang svinghjulet til at køre hurtigere og hurtigere. Vigtigt, ionens tilstand var tilgængelig i forsøget, giver fysikerne mulighed for præcist at vurdere energiaflejringsprocessen.

Lektor i fysik på Trinity, John Goold sagde:"Dette eksperiment og denne teori indleder en ny æra til undersøgelse af teknologiernes energikraft baseret på kvanteteori, som er et emne, der er kernen i vores gruppes forskning. Varmestyring på nanoskala er en af ​​de grundlæggende flaskehalse for hurtigere og mere effektiv computing. At forstå, hvordan termodynamik kan anvendes i sådanne mikroskopiske indstillinger, er af afgørende betydning for fremtidige teknologier. "

Det banebrydende eksperiment blev udført af en forskningsgruppe ledet af professor Ferdinand Schmidt-Kaler og Dr. Ulrich Poschinger fra Johannes Gutenberg Universitet i Mainz, Tyskland.