| 29 июня 2020 | Нанотехнологии

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".





Ключевые слова:
Нанодвигатель, Атом, Палладий, Галлий, Ацетилен, Статор, Ротор, Вращение, Направление, Энергия, Тепло, Электричество

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Физикам впервые удалось измерить время квантового туннелирования, которое о ...
  • Создан нанодвигатель, способный вращаться со скоростью 150 тысяч оборотов в ...
  • Машины-монстры: Самый маленький и самый быстрый в мире нанодвигатель
  • Английская компания Dyson сделала самый быстрый электродвигатель.
  • Исследователи разработали нанодвигатель, приводимый в движение фотонами.




  • 1 июля 2020 02:31
    #1 Написал: gen_sec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 303
    жесть, еще и шаговый)(
        
    1 июля 2020 22:50
    #2 Написал: beany85

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1051
    Все хорошо, но чтобы это использовать именно как двигатель а не крутелку,нужно к ротору - молекуле ацетилена как-то прикрутить дополнительные атомы, но чувствую, что добавив хоть 1 единственный атом в ротор можно полностью нарушить работу такой системы и крутиться уже ничего не будет


    --------------------
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.