Ученые из Японии представили первую наномашину, которую можно использовать для нагревания и охлаждения. Ее эффективность выше, чем у аналогичных устройств. Инженеры из Лаборатории RIKEN создали многозадачную наномашину, которая может одновременно работать как тепловой двигатель и как холодильник.

Устройство одним из первых показало, как квантовые эффекты, регулирующие поведение частиц в мельчайших масштабах, можно использовать для повышения эффективности нанотехнологий.

Обычные двигатели и холодильники работают, соединяя две емкости с жидкостью. Сжатие одного из них приводит к нагреву жидкости, в то время как при быстром расширении другого жидкость охлаждается. Если эти операции выполняются в периодическом цикле, жидкости будут обмениваться энергией, и систему можно использовать как тепловой двигатель или холодильник.

По словам Кейджи Оно из Лаборатории усовершенствованных устройств RIKEN, ранее невозможно было настроить наномашину, которая бы выполняла обе задачи одновременно. Теперь физики разработали наноустройства, некоторые из которых основаны на одиночных атомах.

В квантовом варианте теплового двигателя электрон используется в транзисторе. Электрон имеет два возможных энергетических состояния. Команда может увеличить или уменьшить разрыв между этими энергетическими состояниями, применяя электрическое поле и микроволны.

«Это может быть аналогом операции расширения-сжатия жидкости в камере», — отмечают исследователи.

Устройство также излучало микроволны, когда электрон переходил из высокоэнергетического уровня в низкоэнергетический.