斯圖加特大學的兩位物理學家表明，當粒子物理連接在一起時，熱力學基本定律卡諾原理並不完全適用於原子水平。 （所謂的相干物體。）他們的發現表明，對於小型系統來說，這種長期存在的性能限制已經被打破。由量子效應控制的這項工作可能有助於加速實現非常小型、節能的量子電機的進展。該團隊在期刊上發表了數學證明 科學進步。
傳統的熱機如內燃機和蒸汽輪機其工作原理是將熱能轉化為機械運動。或者只是將熱量轉化為運動。多年來，量子力學的進步使研究人員能夠將熱機縮小到微觀尺寸。
斯圖加特大學理論物理研究所 1 的 Eric Lutz 教授表示：“不大於單個原子的微電機將來可能成為現實。” “現在很明顯，這些發動機可以實現超過大型熱機的峰值效率。”
盧茨教授和同一機構的博士後研究員米爾頓·阿吉拉爾博士描述了他們研究中這一令人驚訝的結果背後的物理原理。 科學進步 紙。在採訪中，他們總結了三個問題，並總結了他們的發現以及為什麼它們很重要。
重新思考 200 年前的性能極限
大約兩個世紀前，法國物理學家薩迪·卡諾建立了所有熱機的最高理論效率。然而，這是可以做到的。卡諾原理，後來成為熱力學第二定律的一部分，專為蒸汽輪機等大型系統而設計。
斯圖加特的研究人員表明，當應用於原子級系統時，必須擴展這一原理。對於具有強相關性的分子馬達來說尤其如此。其中粒子以經典熱力學未考慮的方式緊密連接。
量子關聯的隱藏作用
卡諾的原始工作表明效率取決於溫差。冷熱差距越大，潛在效率就越高。原來的公式沒有包含量子相關效應。當系統非常小時，這些是粒子之間發生的微妙連接。
研究人員首次推導出完全包含這些關係的一般熱力學定律。研究表明，原子冷卻機不僅可以將熱量轉化為功，還可以將熱量轉化為熱量。還有量子關係。由於這種額外的參與，此類機器因此可以創造比傳統理論允許的更多的工作。這意味著量子引擎的性能可以超越經典卡諾極限。
這對未來技術意味著什麼？
除了提高基礎物理。研究也開闢了新的機遇。供未來使用 更深入地了解物理定律在原子層面如何發揮作用可以加速下一代技術的開發。其中包括可以在納米級精確運行的超小型高效量子電機。
這種電機可以驅動醫療納米機器人或導航機器，逐個控製材料。可能的用途非常廣泛。它強調重新審視基本科學原理如何能夠帶來全新的技術前沿。
