تیمی از فیزیکدانان دانشگاه‌های آوسبورگ، ماینز و مریلند طرحی را به منظور ابداع یک موتور گرمایی در سطح ذره منفرد ارائه داده‌اند.
به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، این موتور شامل یک یون به دام افتاده منفرد است که می‌تواند نسخه کوانتومی چرخه otto را اجرا کند. این چرخه اساس کار موتور چهارزمانه خودروی معمولی است.
در صورت عملی شدن این طرح، موتور یون منفرد دارای پتانسیل لازم برای ورود به حوزه کوانتوم است و می‌تواند به ابزاری جهت بررسی این موضوع تبدیل شود که چگونه اثرات کوانتومی کارایی نانوموتورها را تغییر می‌دهند.
دانشمندان پیشتر موتورهای گرمایی میکرو را طراحی کرده بودند اما موتور گرمایی کوانتومی تاکنون به عرصه فناوری معرفی نشده بود.
به گفته اریک لوتز یکی از اعضای تیم علمی، شبیه‌سازی‌های عددی انجام شده با پارامترهای واقعی نشان می‌دهد اجرایی کردن این موتور گرمایی کوانتومی یون منفرد با تکنولوژی‌های حال حاضر ممکن است.
موتور پیشنهاد شده شامل یک یون منفرد به دام افتاده در تله Paul با استفاده از هندسه مخروطی است.
این یون با دو مخزن دارای دماهای متفاوت جفت شده است که وضعیت پرتوی آن را گرما و سرما می‌دهند. گرما و سرما موجب می‌شود که یون به طور منسجمی در درون تله حرکت کند و چرخه otto را که در آن انرژی گرمایی به حرکت تبدیل می‌شود، تولید کند.
حرکت این یون در مسیر محوری با حرکت پیستون در موتور کلاسیک متناظر است در حالی که حرکت آن در مسیر پرتوی با حرکت گاز در درون سیلندر متشابه است.
به گفته دانشمندان، جفت شدن متناوب با دو مخزن گرمایی می‌تواند هم به طور خارجی و هم توسط حرکت خود یون تغییر داده شود. در حالت دوم پس از رسیدن به یک بزرگی آستانه اولیه، موتور به طور خودکار عمل خواهد کرد.
محققان با استفاده از تحلیل عددی نشان داده‌اند که موتور یون منفرد در شرایط خاص قادر به عملکرد با کارآیی بیشینه 30 درصد با استفاده از نیروی ماگزیمم است.
پارامترهای این موتور می‌توانند به طور گسترده‌یی تنظیم شوند و این امر به آن امکان می‌دهد در دماهای به قدر کافی پایین برای ورود به حوزه کوانتوم عمل کند.
دانشمندان همچنین روشی را برای ذخیره انرژی تولید شده توسط موتور ارائه داده‌اند. این مکانیزم مبتنی بر هندسه مخروطی تله Paul است.
کاهش تدریجی (tapering) امکان ذخیره انرژی به روش محوری و سپس انتقال به سایر سیستم‌های اسیلاتور مانند یون‌های جداگانه به دام افتاده را فراهم می‌کند. از این طریق انرژی می‌تواند استخراج شود و برای عملکرد موتور مورد استفاده قرار گیرد.
جزئیات این مطالعه در مجله Physical Review Letters انتشار یافت.
انتهای پیام