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量子效應使奈米機器變得愈加神奇

近日,RIKEN的工程師創造了一種可以同時充當熱機和冰箱的多任務奈米機。

科學家開發出這一設備,主要是想檢驗某些量子效應——有朝一日,我們或許就可以通過今天的發現,在最小規模上操控粒子的行為,提升奈米技術的潛力。

這裡的冰箱和典型熱機本質上並無區別。比如說,我們把兩個氣缸連在一起。壓縮一個缸會導致其內部流體發熱,而使另一個缸會內流體快速膨脹,則可以製冷。如果周期性地執行上述操作,則兩個氣缸交換能量,該系統可用作熱力發動機或冰箱。

RIKEN高級設備實驗室的Keiji Ono說,在宏觀上,上述設計毫無意義,沒有哪個工程師會對它感興趣。但是,當設備的規格足夠小時,一切都不同了。

物理學家試圖開發的微設備,甚至基於單個原子。在如此尺度上,必須考慮量子理論。

量子形式的熱機,氣缸=電晶體,內部的氣體=電子。

電子具有兩種可能的能量狀態。研究小組可以通過施加電場和微波來增加或減小這些能量狀態之間的差異。「類似於腔室內流體的周期性膨脹-壓縮操作,」當電子從高能級降到較低能級時,該裝置還會發出微波。

該團隊首先證明了奈米器件可以充當熱機或冷機。但是隨後,他們看到了神奇的東西:因為純粹的量子效應,奈米機器可以同時充當熱機和冷機。

One解釋說:「允許在兩種操作模式之間快速切換。這種能力將來可以幫助我們製造出新穎的奈米機器。」

責任編輯: 李華  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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