基于单个钙离子的世界最小发动机问世学术资讯

迷你钙离子发动机的工作原理是固有自旋。它将由激光束吸收的热量转化为振动。

phys.org网站8月21日报道，爱尔兰都柏林圣三一学院的理论物理学家们参与了一项国际合作，他们制造了基于单个钙离子的世界最小发动机。这个迷你发动机的体积大约是汽车发动机的一百亿分之一。圣三一学院John Goold的团队等在《物理评论快报》杂志中描述了微型发动机的科学原理，并解释了随机波动如何影响微观机器的运转。在未来，这类设备有望用于回收余热，从而提高能源效率。

钙离子发动机本身是带电的，这使其很容易被电场捕获。迷你发动机的运转驱动力是离子的“固有自旋”（角动量）。被捕获钙离子的自旋作用可以将由激光束吸收的热量转化为自身的振动。振动作用就像一个“飞轮”，捕捉了发动机产生的有用能量。正如量子力学预测的那样，这些能量被储存在离散单位“量子”中。研究人员Mark Mitchison博士说：“飞轮可以让研究人员实际测量单个原子级电机的功率输出，从而帮助我们首次解决了单原子能量量程的问题。”

研究人员发现，飞轮由“基态”（量子物理学中的最低能量态）开始运转后，迷你发动机会使飞轮转得越来越快。更重要的是，离子状态可以通过实验进行观测，这使得物理学家们能够精确地评估能量沉积过程。John Goold说：“该项目为基于量子理论的技术能量学开辟了新纪元。纳米级热管理是实现更快、更高效计算的关键问题。深入了解热力学如何影响这样的微观环境对未来技术的发展至关重要。”

参与研究的成员还包括德国约翰内斯古登堡大学的Ferdinand Schmidt-Kaler教授和 Ulrich Poschinger博士等。

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编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：唐林芳

期刊来源：《物理评论快报》

期刊编号：0031-9007

原文链接：

https://phys.org/news/2019-08-physicists-world-smallest.html