2020年5月5日
这是一个小型化的故事的新篇章的机器:新加坡实验室的研究人员已经表明,单个原子可以作为一个引擎或冰箱。这种装置可以改造成未来计算机和燃料电池控制能量流动。
“想想如何你的电脑或笔记本电脑里面有很多东西加热。今天你冷却用风扇吹气的。在纳米或量子计算机,小型设备冷却可能有用的东西,”达里奥说Poletti新加坡大学的技术和设计(SUTD)。
这项工作提供了新的见解的机制等设备。工作是一个合作涉及量子技术中心的研究人员(CQT)和物理系在新加坡国立大学(NUS), SUTD和在德国奥格斯堡大学。研究结果发表在同行评议的期刊npj量子信息5月1日。
引擎和冰箱都是机器所描述的热力学,科学的一个分支,告诉我们的能量波动在一个系统和我们如何提取有用的工作。亚博老虎机网登录一个经典的引擎能量转化为有用的工作。冰箱工作转移热量,减少当地的温度。在某种意义上,相反。
人们小热引擎在使用单个原子,钻石的单分子和缺陷。这个设备的一个关键区别在于,它表明quantumness行动。“我们想知道我们如何建立热力设备只有几个原子。物理学是不清楚我们的工作重要的是要知道什么是可能的,”CQT首席研究员马纳斯穆克吉说,新加坡国立大学,他领导了实验工作。
研究人员研究了一个钡原子的热力学。他们设计了一个方案,让激光移动两个能级之间原子的电子作为一个周期的一部分,导致一些能量被推到原子的振动。像汽车引擎消耗汽油活塞移动和充电电池,原子从激光作为燃料使用能量来增加它的振动运动。原子的振动行为像个电池,储存能量,可以提取。重新排列周期和原子就像一个冰箱,消除振动的能量。
在这两种操作方式,量子效应出现在原子的电子状态和振动之间的相互关系。“在这种规模,发动机和负载之间的能量传递有点模糊。它不再是简单的工作负载,你一定会转移一些热。”Poletti说。他工作的理论与合作者Jiangbin锣在新加坡国立大学物理和彼得Hanggi奥格斯堡。模糊性使得过程效率较低,但实验仍然可以使它工作。
穆克吉和他的同事们诺亚·范·霍恩Dahyun百胜和塔伦杜塔用钡原子电子(负电荷)。这使得原子带正电荷,所以它可以更容易地举行仍然金属腔内电场。所有其他空气从周围。然后用激光轰击原子通过四级循环移动它。
研究人员测量了原子的振动在应用2 - 15周期。他们重复给定数量的循环150次,测量平均振动能出席了多少。他们可以看到原子的振动能量增加电击发动机循环,和减少时,会搞坏了冰箱里循环。
理解类和原子一般大小的机器涉及复杂的计算和观测。团队需要跟踪两个热力学量称为ergotropy,它的能量可以转化为有用的工作,和熵与系统中的障碍。ergotropy和atom-machine运行熵增加。还有一个简单的看待问题的方式,表示第一作者和博士生·范·霍恩“松说,我们设计了一个小机器,创造了熵是充满自由能,就像孩子们当他们有太多的糖。”
参考:单原子与量子能量转换装置的负荷,npj量子信息,DOI: 10.1038 / s41534 - 020 - 0264 - 6 (2020)https://www.nature.com/yabo214articles/s41534 - 020 - 0264 - 6
来源:http://www.nus.edu.sg/