Тепловой двигатель, состоящий из единственного атома или иона, создали физики из Университета Майнца (Германия). Ион, помещенный в электрическую ловушку, может преобразовывать тепловую энергию в гармонические колебания, пишет Science.

Полвека от идеи до воплощения.

Первым на возможность создания теплового двигателя из единственного атома указал в 1959 году физик Ричард Фейнман. КПД устройства, созданного немецкими учеными, крайне низкое – 0,28%, но само его существование уже является прорывом.

Обычный тепловой двигатель включает не менее 10²⁴ атомов  или других частиц. Однако современные технологии создания  пьезорезисторных, микроэлектромеханических и других систем позволили уменьшить устройства до наноразмеров.

Как устроен самый маленький в мире двигатель

Для создания двигателя ученые построили квадруополь – электрическую ловушку, которая состоит из четырех разнозаряженных стержней. Электрическое поле, которое здесь образуется, удерживает ион кальция, выступающий в роли рабочего тела двигателя.

Помимо ловушки, конструкция включает нагреватель и холодильник. В качестве первого выступают флуктуации электрического поля, а охлаждает систему до сверхнизких температур лазер.

 Как это работает

Ученые включали и выключали колебания электрического поля, а охладитель работал постоянно. В результате ион кальция сначала «нагревался» – его потенциальная энергия увеличивалась, и частица смещалась в пространстве, а затем возвращалась в прежнее состояние.

Циклы включения-выключения повторялись, и возникали гармонические колебания иона – он совершал работу. Мощность двигателя составила 3,4*10^-22 джоулей.