Atom boyutlu bir makine yapmak için kuantum tamircisine ihtiyacınız var
5 Mayıs 2020
admin
Paylaş
To make an atom-sized machine, you need a quantum mechanic
Tek atomlu bir cihazla yapılan deneyler, araştırmacıların hangi kuantum etkilerinin geldiğini anlamalarına yardımcı olur makine atom ölçeğine küçüldüğünde devreye girer. Kredi: Aki Honda / Kuantum Teknolojileri Merkezi, Singapur Ulusal Üniversitesi

İşte yeni bir bölüm makinelerin minyatürleştirilmesi hikayesinde: Singapur’daki bir laboratuvardaki araştırmacılar, tek bir atomun bir motor veya buzdolabı olarak işlev görebildiğini gösterdi. Böyle bir cihaz enerji akışlarını kontrol etmek için gelecekteki bilgisayarlara ve yakıt hücrelerine tasarlanabilir.

“Nasıl olduğunu düşünün bilgisayarınızın veya dizüstü bilgisayarınızın içinde ısınan birçok şey vardır. Bugün bunu hava üfleyen bir fanla soğutuyorsunuz. Nanomakinelerde veya kuantum bilgisayarlarda, soğutma yapan küçük cihazlar faydalı olabilir, ”diyor Singapur Teknoloji ve Tasarım Üniversitesi’nden (SUTD) Dario Poletti.

Bu çalışma, bu tür cihazların mekaniği hakkında yeni bilgiler verir. Çalışma, Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS), SUTD ve Almanya’daki Augsburg Üniversitesi’nde Kuantum Teknolojileri Merkezi (CQT) ve Fizik Bölümü’ndeki araştırmacıları içeren bir işbirliğidir. Sonuçlar 1 Mayıs’ta hakemli dergide npj Quantum Information ‘da yayınlandı.

Hem motorlar hem de buzdolapları bize nasıl olduğunu söyleyen bir bilim dalı olan termodinamik tarafından tanımlanan makinelerdir enerji bir sistem içinde hareket eder ve nasıl faydalı iş çıkarabiliriz. Klasik bir motor enerjiyi faydalı bir işe dönüştürür. Bir buzdolabı, ısıyı aktarmak için yerel sıcaklığı düşürerek çalışır. Bazı açılardan karşıttırlar.

İnsanlar bir kullanmadan önce küçük ısı motorları yaptılar tek atom , tek bir molekül ve elmastaki kusurlar. Bu cihazla ilgili önemli bir fark, işleminde kuantumluk göstermesidir. “Birkaç atomlu

termodinamik cihazları nasıl oluşturabileceğimizi anlamak istiyoruz . Fizik iyi anlaşılamaması için çalışmamızın neyin mümkün olduğunu bilmek önemli ”diyor. Deneysel çalışmayı yöneten NUS CQT’de Baş Araştırmacı Manas Mukherjee.

Araştırmacılar, tek bir baryum atomunun termodinamiğini inceledi. Lazerlerin atomun elektronlarından birini iki enerji seviyesi arasında hareket ettirdiği bir şema tasarladılar. bir döngünün parçası olarak atomun titreşimlerine biraz enerji itilmesine neden olur. Bir araba motoru, pistonları hareket ettirmek ve aküsünü şarj etmek için benzin tüketir gibi, atom titreşimli hareketini arttırmak için lazer olarak yakıt kullanır. Atomun titreşimleri, daha sonra çıkarılabilecek enerji depolayan bir pil gibi davranır. Döngüyü yeniden düzenleyin ve atom, titreşimlerden enerji çıkararak bir buzdolabı gibi davranır.

atomun elektronik durumları ve titreşimler arasındaki korelasyonlarda kuantum etkileri ortaya çıkar. “Bu ölçekte, enerji transferi motor ve yük arasında biraz bulanık. Artık sadece yük üzerinde çalışma yapmak mümkün değil, biraz ısı transfer etmek zorundasınız ”diyor Poletti. Teoriyi NUS Physics’te Jiangbin Gong ve Augsburg’da Peter Hänggi ile çalıştı. Bulanıklık süreci daha az verimli hale getirir, ancak deneyciler yine de çalışmasını sağlayabilirler.

Mukherjee ve meslektaşları Noah Van Horne, Dahyun Yum ve Tarun Dutta, içinden bir elektronun (negatif bir yük) çıkarıldığı bir baryum atomu kullandılar. Bu, atomun pozitif yüklü olmasını sağlar, böylece elektrik alanları tarafından bir metal odasının içinde daha kolay tutulabilir. Diğer tüm hava etrafından alınır. Atom daha sonra dört aşamalı bir döngü boyunca hareket etmek için lazerlerle zaptedilir.

Araştırmacılar 2 ila 15 döngü uyguladıktan sonra atomun titreşimi. Ortalamada ne kadar titreşim enerjisi bulunduğunu ölçerek belirli bir sayıda döngüyü 150 kata kadar tekrarladılar. Atom bir motor çevrimi ile zaptedildiğinde titreşim enerjisinin arttığını ve zaplar buzdolabı döngüsünü takip ettiğinde azaldığını görebiliyorlardı.

Atom boyutlu makineyi anlamak hem karmaşık hesaplamalar hem de gözlemler içeriyordu. Ekibin, ergotropi olarak bilinen, faydalı işe dönüştürülebilecek enerji olan iki termodinamik miktarı ve sistemdeki bozuklukla ilgili entropiyi izlemesi gerekiyordu. Atom makinesi çalışırken hem ergotropi hem de entropi artar. İlk yazar ve doktora, hala bakmanın basit bir yolu var diyor. öğrenci Van Horne, “Gevşekçe konuşursak, çok fazla şeker verildiğinde çocuklar gibi serbest enerjiyle doldurulduğu için entropi yaratan küçük bir makine tasarladık.”



Daha fazla bilgi:
Noah Van Horne ve diğerleri, Single-atom kuantum yüke sahip enerji dönüşüm cihazı, npj Quantum Information (2020). DOI: 10.1038 / s41534-020-0264-6

Alıntı:
Atom boyutlu bir makine yapmak için kuantum tamircisine ihtiyacınız var (2020, 4 Mayıs)
https://phys.org/news/2020-05-atom-sized-machine-quantum-mechanic adresinden 4 Mayıs 2020
alındı. html

Bu belge telif hakkına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, hiçbir
kısmı yazılı izin olmadan çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.