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新的量子纳米器件可以同时充当热机和冰箱

RIKEN工程师创造了一种可以同时充当热机和冰箱的多任务纳米机。该设备是首批测试如何在一天之内利用量子效应控制最小规模的粒子行为的设备,以增强纳米技术的性能。

常规热机和冰箱通过连接两个流体池来工作。压缩一个池会导致其流体加热,而快速膨胀另一个池会冷却其流体。如果定期执行这些操作,则池将交换能量,并且该系统可用作热力发动机或冰箱。

RIKEN高级设备实验室的Keiji Ono说,不可能设置同时执行两个任务的宏指令机器,工程师也不会。他说:“将传统的热力发动机与冰箱结合在一起,将使其成为一台完全没用的机器。” “它不知道该怎么办。”

但是当您缩小内容时,情况就不同了。物理学家一直在开发越来越小的设备,有时基于单个原子。在这些微小的尺度上,他们必须考虑量子理论,这是一组奇怪的定律,例如,一个电子可以同时存在于两个位置或具有两种不同的能量。物理学家正在开发新的理论框架和实验,以试图弄清楚这种系统的行为。

热 机的量子形式在晶体管中使用电子。电子具有两种可能的能量状态。研究小组可以通过施加电场和微波来增加或减小这些能量状态之间的差距。“这可以类似于腔室内流体的周期性膨胀-压缩操作,”领导该实验的Ono说。当电子从高能级降到较低能级时,该装置还会发出微波。

通过监测是否占据了较高的能量水平,该团队首先证明了纳米器件可以充当热机或冰箱。但是随后,他们发现了一个陌生的东西:纳米机器可以同时充当两者,这纯粹是量子效应。研究人员通过查看较高能级的占用情况来证实这一点,两者合起来会形成特征性的干扰模式。小野说:“实验干涉图与理论预测值之间几乎完美匹配。”

小野解释说:“这可能允许在两种操作模式之间快速切换。” “这种能力将来可以帮助使用此类系统创建新颖的应用程序。”

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