Создан нанодвигатель, состоящий всего из 16 атомов и работающий на границе между классической физикой и квантовой механикой

Атомарный нанодвигатель

Исследователи из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), совместно с их коллегами из других научных организаций, создали то, что можно назвать одним из самых маленьких двигателей, когда-либо сделанных людьми. Это крошечное устройство состоит всего из 16 атомов различных химических элементов, а работает оно, находясь в «очень странной» области, находящейся на границе между классической физикой и квантовой механикой.

Как и двигатели больших масштабов, новый нанодвигатель имеет подвижную часть (ротор) и фиксированную часть (статор). В качестве статора выступает группа из шести атомов палладия и шести атомов галлия, которые формируют треугольную структуру. Ротором является молекула ацетилена, состоящая из четырех атомов, вращающаяся на поверхности статора, и все это вместе имеет размер, не превышающий одного нанометра.

Такой нанодвигатель может приводиться в действие тепловой или электрической энергией, и в последнем случае он демонстрирует более высокую эффективность и управляемость. В условиях комнатой температуры (за счет использования тепловой энергии из окружающей среды) ротор нанодвигателя постоянно вращается, но направление вращения ротора является совершенно случайной величиной. Когда же к этому нанодвигателю подводится электрический потенциал определенной полярности при помощи наконечника сканирующего туннельного микроскопа, ротор начинает вращаться в определенном направлении в 99 случаях из 100.

Возможность управления направлением и скоростью вращения ротора нанодвигателя при помощи полярности и величины прикладываемого к нему электрического потенциала делает этот двигатель более интересным, нежели созданные ранее другие типы молекулярных двигателей. Новый двигатель может быть использован не только для приведения в действия наноразмерных механизмов и машин, он также может быть использован в качестве генератора, позволяющего собирать и преобразовывать «побочную» энергию, к примеру, тепло, выделяющееся при работе электронных устройств.

Вращение нанодвигателя

Самым необычным свойством нового нанодвигателя является то, что его работа, кажется, нарушает некоторые законы классической физики. С точки зрения этих законов любому двигателю для его работы требуется некоторое минимальное количество энергии, расходуемое на преодоление сил трения, сопротивления и т.п. Ученые сравнивают это с велосипедом, ездок которого не вращает педали, а велосипед, тем не менее, продолжает ехать в гору.

Для работы нового нанодвигателя требуются буквально «крохи» тепловой или электрической энергии. Его ротор уже будет начинать вращаться при температуре в -256 градусов Цельсия или под электрическим потенциалом менее 30 милливольт, чего не должно происходить в принципе с точки зрения классической физики. Однако, в работу нанодвигателя вмешивается явление квантового туннелирования. Это явление заключается в том, что при определенных условиях частицы могут перескакивать физические или энергетические барьеры, при этом, энергии этих частиц недостаточно для преодоления этих барьеров в обычных условиях.

Физикам известно, что в явлении квантового туннелирования полностью отсутствуют такие понятия, как трение и сопротивление. Это, с одной стороны, объясняет очень малое количество энергии, требующееся двигателю для начала его работы. С другой стороны, это поднимает ряд других вопросов, на которые пока еще у ученых нет ответов, которые связаны с 99-процентной вероятностью вращения двигателя в одном направлении, что является косвенным указателем на возможные дополнительные потери энергии.

«Новый двигатель может стать в будущем тем, что будет приводить в действие крошечных нанороботов, которые пока являются лишь предметом научной фантастики» — пишут исследователи, — «С другой стороны, он, этот двигатель, позволит нам более глубоко изучить явление квантового туннелирования и определить причины энергетических потерь в этих процессах».

[embedded content]

Share Button

Материалы по теме:

Найден новый способ генерации «широкополосного» потока запутанных фотонов
Квантовая запутанность, явление, которое Альберт Эйнштейн называл "призрачным действием на расстоянии", заключается во взаимосвязи двух или большего количества квантовых частиц. Несмотря на разделяющее эти ...
Самый маленький в мире дом, «построенный» вручную в буквальном смысле
На страницах нашего сайта мы уже рассказывали нашим читателям об ученых-энтузиастах, которые при помощи самых современных технологий изготавливают различные микроскопические вещи. И то, о ...
Машины-монстры: Самое маленькое в мире зеркало, состоящее из нескольких сотен атомов
Используя всего несколько сотен идентичных атомов, физики из института Квантовой Оптики Макса Планка, Германия, собрали то, что можно назвать самым маленьким и самым легким ...
Создан крошечный датчик, измеряющий свет механическим способом
Преобразование некоторых параметров, таких, как интенсивность света, в электрические сигналы лежат в основе принципов работы камер, используемых в смартфонах, планшетных компьютер ах и т.п. ...
Нанопромежуток между металлическими электродами — источник света, яркость которого в 10 тысяч раз больше, чем ожидалось согласно теории
Нанопромежуток между двумя металлическими электродами, которым придана особая форма, является источником света, яркость которого в 10 000 раз превышает яркость света, который должен там ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика