Немецкие ученые смастерили самый маленький двигатель в мире

picture alliance / dpa Увеличить картинку (© picture alliance / dpa) Немецким исследователям удалось создать самый маленький в мире тепловой двигатель. Наномашина состоит всего из одного атома, при этом в производительности микромотор не уступает традиционному двигателю. Из-за малой мощности инновационный движок не применить на практике, однако разработка имеет революционное значение для изучения термодинамики на квантовом уровне. Эта область фундаментальных исследований лежит в авангарде современной науки, нацеленной на миниатюризацию высокотехнологичных систем.

Команда немецких ученых изобрела суперминиатюрный мотор, который состоит всего из одной частицы – атома кальция. Как и любой тепловой двигатель, мотор наномасштаба способен превращать термальную энергию в механическую. Чтобы добиться этого, команда физиков из университетов Майнца, Касселя и Эрлангена провела эксперимент на атомарном уровне. Исследователи подвергли ион кальция (атом с одним искусственно удаленным электроном) сильной вибрации и нагрели, удерживая его в подвешенном состоянии при помощи металлической палочки длиной в один миллиметр. После этого ученые снова охладили атом c помощью лазерных лучей. С каждым нагревательно-охлаждающим циклом атом увеличивал свой радиус колебаний и аккумулировал таким образом энергию.

Именно этот принцип действия толкает поршень вверх и вниз в классическом двигателе внутреннего сгорания. Там герметичная камера тоже сначала нагревается, а потом охлаждается, в результате чего газ расширяется и сжимается, приводя в движение поршень и запуская через коленчатый вал маховик.

picture alliance / dpa Увеличить картинку (© picture alliance / dpa) Производительность наномотора – от 10 до 22 Ватт, что в пересчете на один атом примерно соответствует мощности мотора автомобильного. А вот коэффициент эффективности микромотора – 0,3 % – заметно уступает показателю классического двигателя, который составляет 25%.

Впрочем, создание нанодвигателя не было непосредственной задачей немецких физиков. "Нашей главной целью было получить доказательства тому, что законы термодинамики соблюдаются и на атомарном уровне", – говорит ученый из Университета Майнца Йоханнес Роснагель (Johannes Roßnagel). По словам исследователя, полученные показатели работы мотора оказались очень близки к результатам теоретических расчетов.

И хотя из-за малой мощности о применении инновационного мотора речи не идет, эксперты уже называют эту разработку революционной из-за ее значения для исследований в области статистической физики, в частности для изучения перемещения тепловых потоков в микроскопических системах.

Между тем немецкие физики уже сейчас нацелены на решение практических задач. "Перенаправив циклические потоки внутри атома, мы сможем использовать мотор в качестве одноатомного кулера для охлаждения наносистем, – объясняет руководитель команды исследователей, профессор университета Эрлангена Эрик Лутц (Eric Lutz). – Это стало бы еще одним толчком для развития высокотехнологичных систем, которые в новом веке совершенствуются посредством миниатюризации".

Арина Попова

20.04.2016

Присоединяйтесь к нам

Меньше, да лучше: в Германии разработан нано-накопитель информации

Немецкие ученые надеются, что открытый ими способ хранения информации приблизит человечество к созданию квантового компьютера © picture-alliance/ dpa

Немецким физикам удалось небывалое – сохранить бит информации с помощью единственного атома гольмия. Новый мегаемкий модуль памяти способен вместить в миллионы раз больше информации, чем традиционные жесткие диски. К тому же ученые утверждают, что это открытие может прямиком привести на передовую современной науки – к созданию квантового компьютера.

Новая система не даст водителю уснуть за рулем

colourbox.com

По статистике, подготовленной немецким МВД, заснувший за рулем водитель является причиной автоаварии со смертельным исходом в шести процентах случаев. Но эксперты уверяют: доказать этот факт трудно, и реальная цифра значительно выше. В Германии разработали принципиально новую сенсорную систему, определяющую по положению рук на руле, не засыпает ли водитель.

Очки от нищеты: немец придумал дешевые очки для жителей развивающихся стран

Мартин Ауфмут и его изобретение

Позволить себе очки в странах, где средняя ежемесячная зарплата составляет 40 долларов, могут лишь единицы. Из-за плохого зрения почти 150 миллионов человек во всем мире не получают образования и остаются безработными, лишаясь таким образом шанса на хоть сколько-нибудь благополучную жизнь. Озаботившись этим вопросом, школьный учитель из Германии создал очки стоимостью один доллар и надеется с их помощью изменить мир.