Физики превратили ион в самый маленький двигатель в мире

Ученые-физики из Тринити-Колледжа в Дублине, вместе с их коллегами из других стран, создали то, что можно назвать самым маленьким двигателем в мире. Ядром этого двигателя является единственный ион кальция, который приблизительно в десять миллиардов раз меньше обычного двигателя от малолитражного автомобиля. В будущем подобные устройства могут быть включены в состав других технологий, которые смогут перерабатывать паразитное тепло и увеличить, таким образом, эффективность использования энергии.

Как уже упоминалось выше, в роли двигателя выступает ион кальция, имеющий электрический заряд, что позволяет использовать внешние электрические поля для заманивания и удержания этого иона в ловушке. Работа двигателя заключается во вращении иона, которое возникает при поглощении им тепловой энергии, подводимой к нему во время экспериментов при помощи луча лазерного света. Вращаясь, ион начинает колебаться или как принято говорить в научных кругах, осциллировать.

Эти колебания иона действуют как своего рода маховик, накапливающий производимую двигателем энергию. Сохраняемая энергия имеет дискретные значения, так называемые кванты, как и определено законами квантовой механики.

В изначальном состоянии «маховик» двигателя находится в самом низком энергетическом состоянии, при котором вращение и колебания иона атома практически отсутствуют. Но при подаче энергии извне, ион начинает раскручиваться быстрее и быстрее, раскачивая и ускоряя «маховик». Все это дает ученым возможность определить количество заключенной в маховике энергии и вычислить мощность микроскопического ионного двигателя.

«Этот эксперимент и разработанная нами теория открывают эру новых исследований в области энергетических технологий, основанных на квантовой механике» — пишут исследователи, — «Контроль и управление паразитной тепловой энергией на наноразмерном уровне является одним из узких мест современных вычислительных технологий. Понимание того, как законы термодинамики работают на микроскопическом уровне, позволит нам создать решения, позволяющие строить более быстрые и более эффективные вычислительные устройства следующих поколений».