Físicos teóricos do Trinity College Dublin estão entre uma colaboração internacional que construiu o menor motor do mundo – que, como um único íon de cálcio, é aproximadamente dez bilhões de vezes menor que um motor de carro.
Trabalho realizado pelo grupo QuSys do Professor John Goold na Trinity School of Physics descreve a ciência por trás desse minúsculo motor. A pesquisa, publicada hoje na revista internacional Physical Review Letters, explica como as flutuações aleatórias afetam a operação de máquinas microscópicas. No futuro, esses dispositivos poderiam ser incorporados a outras tecnologias para reciclar o calor residual e, assim, melhorar a eficiência energética.
O próprio motor – um único íon de cálcio – é carregado eletricamente, o que facilita o aprisionamento com campos elétricos. A substância de trabalho do motor é o “spin intrínseco” do íon (seu momento angular). Este giro é usado para converter o calor absorvido dos feixes de laser em oscilações, ou vibrações, do íon retido.
Essas vibrações atuam como um “volante”, que capta a energia útil gerada pelo motor. Essa energia é armazenada em unidades discretas chamadas “quanta”, como previsto pela mecânica quântica.
“O volante nos permite medir a potência de um motor de escala atômica, resolvendo quanta de energia pela primeira vez”, disse o Dr. Mark Mitchison, do QuSys Group, da Trinity, e um dos autores do artigo.
Começando o volante do repouso – ou, mais precisamente, de seu “estado fundamental” (a energia mais baixa na física quântica) – a equipe observou o pequeno motor forçando o volante a rodar mais e mais rápido. Crucialmente, o estado do íon era acessível no experimento, permitindo que os físicos avaliassem com precisão o processo de deposição de energia.
Professor assistente em Física na Trinity, John Goold disse: “Este experimento e teoria inaugura uma nova era para a investigação da energética das tecnologias baseadas na teoria quântica, que é um tópico no centro da pesquisa do nosso grupo. A nanoescala é um dos gargalos fundamentais para uma computação mais rápida e eficiente. Entender como a termodinâmica pode ser aplicada em tais configurações microscópicas é de suma importância para as futuras tecnologias. “
O grupo QuSys do Professor Goold é apoiado por um recém-premiado ERC Starting Grant e uma bolsa de pesquisa da SFI-Royal Society University.
O experimento inovador foi realizado por um grupo de pesquisa liderado pelo professor Ferdinand Schmidt-Kaler e pelo Dr. Ulrich Poschinger, da Universidade Johannes Gutenberg, em Mainz, Alemanha.
Publicado em 24/08/2019
Artigo original: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-08/tcd-pcw082119.php
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