物理學(xué)家制造出世界上最小的引擎

都柏林三一學(xué)院的理論物理學(xué)家是國際合作組織的成員之一，該公司制造了世界上最小的發(fā)動(dòng)機(jī)-作為單個(gè)鈣離子，它比汽車發(fā)動(dòng)機(jī)小大約100億倍。

三位一體物理學(xué)院的約翰·高爾德教授的QuSys小組所做的工作描述了這種微型電機(jī)的科學(xué)原理。今天發(fā)表在國際期刊《物理評論快報(bào)》上的這項(xiàng)研究解釋了隨機(jī)波動(dòng)如何影響顯微機(jī)器的運(yùn)行。將來，可以將此類設(shè)備并入其他技術(shù)中，以回收廢熱，從而提高能源效率。

發(fā)動(dòng)機(jī)本身(單個(gè)鈣離子)帶有電荷，因此很容易利用電場進(jìn)行捕集。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作物質(zhì)是離子的“本征自旋”(其角動(dòng)量)。該自旋用于將激光束吸收的熱量轉(zhuǎn)換為被俘獲離子的振蕩或振動(dòng)。

這些振動(dòng)就像“飛輪”一樣，捕獲了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有用能量。正如量子力學(xué)所預(yù)測的那樣，這種能量存儲在稱為“量子”的離散單位中。

“飛輪使我們能夠?qū)嶋H測量原子級電動(dòng)機(jī)的功率輸出，這是第一次解析單一的能量。” Trinity QuSys小組的Mark Mitchison博士說，他也是本文的合著者之一。

從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)飛輪-更確切地說，從其“基態(tài)”(量子物理學(xué)中的最低能量)啟動(dòng)飛輪，研究小組觀察到這種小型發(fā)動(dòng)機(jī)迫使飛輪運(yùn)行得越來越快。至關(guān)重要的是，在實(shí)驗(yàn)中可以訪問離子的狀態(tài)，從而使物理學(xué)家能夠精確地評估能量沉積過程。

Trinity物理助理教授John Goold表示：“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和理論為基于量子理論的技術(shù)的能量學(xué)研究開辟了一個(gè)新時(shí)代，這是我們小組研究的核心主題。納米級是更快，更高效的計(jì)算的基本瓶頸之一。了解如何在這種微觀環(huán)境下應(yīng)用熱力學(xué)對未來技術(shù)至關(guān)重要。”