물리학 자들은 단일 칼슘 원자로 구동되는 초소형 엔진을 만들었습니다.

물리학 자들은 육안으로 볼 수없는 엔진을 개발했습니다.

오늘 저널에 게재 된 논문 과학 마인츠 대학 (University of Mainz)과 독일 카셀 대학 (Kassel University)의 연구팀은 증기 기관차 및 자동차 엔진처럼 에너지를 생성하는 전자기 시스템을 만들어 단발의 칼슘 40 원자를 포획하여 진동시켰다. 그리고이 작은 엔진의 양자 역학 조건으로 인해 물리학 자들은이 시스템이 동일한 수준에서 작동하고 일반 자동차 엔진보다 더 효율적일 수 있다고 믿습니다.

"마틴 대학교 (University of Mainz)의 수석 연구원이자 실험 물리학자인 Johannes Roßnagel은"50 년대 후반부터 엔진의 양자 속성에 대한 이론적 인 설명과 조사가 많이있었습니다. 역. "우리는 지금 그것이 가능하다는 것을 보여 주었다."

Roßnagel과 그의 팀은 열역학의 양자 효과를 연구하기 위해 4 년 전에이 프로젝트에 착수하여 엔진을 만드는 것이 가장 좋은 방법이라고 생각했습니다. 그들은 몇 백 유로의 작은 예산으로 처음부터 모든 것을 만들어야한다고 그는 말합니다. 그들은 개인화 된 전자 장치와 이온을 매우 정밀하게 제어 할 수있는 시스템을 구축해야했습니다. 온도 측정을 위해 기술을 개발하는 데는 일 년이 걸렸습니다. 일반적인 방법은 엔진 속도가 너무 느리거나 부정확합니다.

그들이 끝낸 것은 8 밀리미터 길이와 4 밀리미터 직경의 이온 트랩으로, 전자기장 내에서 고독한 칼슘 원자를 격리시킨 금판과 전극을 가지고있다. 두 개의 레이저는 트랩 끝 부분을 가리키고, 하나는 원자를 가열하고 다른 하나는 그것을 냉각시킵니다. 이러한 온도의 변동은 이온을 구동하여 음파와 같이 계속 증가하는 고조파 진동을 생성합니다. Roßnagel은 가스 나 액체를 이용하여 기계적 작업을하는 대형 열 엔진과 동일한 아이디어를 가지고 있습니다. 단 하나의 입자 만있는 경우는 예외입니다.

단일 원자 엔진은 10-22 와트 만 생산할 수 있지만 실제로 자동차 엔진에 필적한다고 Roßnagel은 말합니다. 평균 자동차 엔진에서 개별 가스 입자의 에너지 양을 계산하면 모터의 동력은 단일 원자 엔진보다 크기가 같습니다.

Roßnagel은 "이것은 우리에게 매우 놀랐습니다. 이것은 하나의 입자로 시스템을 확장 할 때 거시적 인 엔진과 동일한 수준으로 성능을 발휘한다는 것을 의미합니다."

그와 그의 동료들은이 효율성 수준이 양자 효과, 단일 원자와 입자를 통해서만 생성 될 수있는 고유 한 특성 때문이라고 생각합니다. Roßnagel은 열역학적 양자 효과로 인해 엔진이 유일한 에너지 원으로 온도에 의존 할 필요가 없으며 단일 원자 엔진의 양자 특성이 열 엔진보다 훨씬 많은 전력을 생성 할 수 있다고 설명합니다. 그러나 외부의 물리학 자들은 그렇게 확신하지 못한다.

"나는이 효율성이 '양자 역학의 이상한 것'이라는 것을 받아들이지 않을 것이다."실험에 관여하지 않았던 버클리 캘리포니아 대학교의 이론 물리학 자 Hartmut Häffner는 말했다. Roßnagel이 엔진에 대한 제안서를 작성한 2014 년에 Häffner는 잠재적 단일 원자 엔진 자체가 매우 흥미롭고 잘 설명되어 있다고 덧붙입니다. 그것은 우리가 열역학에 대해 알고있는 것의 경계를 새로운 체제로 밀어 넣으려고하고 있습니다."

Roßnagel과 그의 팀이 만든 단일 원자 엔진은 오늘날 존재하는 가장 작은 엔진입니다. 그러나 하나의 전자로 더 작은 전자를 만들 가능성은 있지만 그는 전자를 추구하는 데 관심이 없다고 생각합니다. "우리는 엔진에서 작동하는 단일 입자를 가지고 있으며, 이것이 연구의 관점에서 볼 때 칼슘 원자이든 전자이든 관계없이 차이를 만들지 않습니다."

다음으로 Roßnagel은이 기술로 소형 냉장고를 만들고 싶어합니다. 열역학 사이클을 돌리면 단일 원자 엔진이 냉장고와 똑같이 작동한다고 그는 설명했다. 이 시스템은 온도 차이를 생성하여 가열 된면과 냉각 된면을 생성합니다. 예를 들어 식품 저장 장치와 같습니다. 먼 미래에, 그는 또한 칩과 단일 원자 트랜지스터를 개선하는 나노 스케일 엔진을 볼 수 있습니다.

"작동 중에 발생하는 열은 칩 산업에서 커다란 문제입니다. 손에 추가 냉각 시스템을 갖추면 매우 도움이 될 것입니다. "라고 그는 말합니다.

Roßnagel은 초기 단일 원자 엔진에서 정확히 무엇이 나오는지에 관계없이 "이것은 언젠가는 더 큰 응용 프로그램을 발견 할 것입니다."라고 믿습니다.