Dolar 13,7033
Euro 15,5541
Altın 785,05
BİST 2.005
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 13 °C
Sağanak Yağışlı

Araştırmacılar Tek Bir Atomu Kuantum Motoruna ve Kuantum Buzdolabına Dönüştürüyor

23.05.2020
164
Araştırmacılar Tek Bir Atomu Kuantum Motoruna ve Kuantum Buzdolabına Dönüştürüyor

Atom Boyutlu Bir Makine Yapmak İçin Bir Kuantum Mekaniğine İhtiyacınız Var

İşte makinelerin minyatürleştirilmesi hikayesinde yeni bir bölüm: Singapur’daki bir laboratuvardaki araştırmacılar, tek bir atomun bir motor veya buzdolabı olarak işlev görebildiğini gösterdi. Böyle bir cihaz, enerji akışlarını kontrol etmek için gelecekteki bilgisayarlara ve yakıt hücrelerine tasarlanabilir. ”Bilgisayarınızın veya dizüstü bilgisayarınızın içinde ısınan birçok şeyi nasıl olduğunu düşünün. Bugün bunu hava üfleyen bir fanla soğutuyorsunuz. Nanomakinelerde veya kuantum bilgisayarlarda, soğutma yapan küçük cihazlar faydalı bir şey olabilir ”diyor Singapur Teknoloji ve Tasarım Üniversitesi’nden (SUTD) Dario Poletti.

Bu çalışma, bu tür cihazların mekaniği hakkında yeni bir fikir vermektedir. Çalışma, Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS), SUTD ve Almanya’daki Augsburg Üniversitesi’nde Kuantum Teknolojileri Merkezi (CQT) ve Fizik Bölümü’ndeki araştırmacıları içeren bir işbirliğidir. Sonuçlar 1 Mayıs’ta hakemli dergi npj Quantum Information dergisinde yayınlandı.

Motorlar ve buzdolapları, enerjinin bir sistem içinde nasıl hareket ettiğini ve faydalı işleri nasıl elde edebileceğimizi anlatan bir bilim dalı olan termodinamik tarafından tanımlanan makinelerdir. Klasik bir motor enerjiyi faydalı bir işe dönüştürür. Buzdolabı ısıyı aktarmak için yerel sıcaklığı düşürerek çalışır. Bir anlamda karşıtlar.

İnsanlar tek bir atom, tek bir molekül ve elmastaki kusurları kullanmadan önce küçük ısı motorları yaptılar. Bu cihazla ilgili önemli bir fark, işleminde kuantumluk göstermesidir. “Sadece birkaç atomlu termodinamik cihazları nasıl oluşturabileceğimizi anlamak istiyoruz. Fizik iyi anlaşılmamış, bu yüzden neyin mümkün olduğunu bilmek bizim çalışmamızın önemli olduğunu söylüyor. ”Diyor NQ, CQT’nin baş araştırmacısı Manas Mukherjee, deneysel çalışmaya öncülük ediyor.

Araştırmacılar, tek bir baryum atomunun termodinamiğini inceledi. Lazerlerin bir atomun elektronlarından birini bir döngünün parçası olarak iki enerji seviyesi arasında hareket ettirdiği ve bir miktar enerjinin atomun titreşimlerine itilmesine neden olan bir şema tasarladılar. Bir araba motoru, pistonları hareket ettirmek ve aküsünü şarj etmek için benzin tüketir gibi, atom titreşimli hareketini arttırmak için lazer olarak yakıt kullanır. Atomun titreşimleri, daha sonra çıkarılabilecek enerji depolayan bir pil gibi davranır. Döngüyü yeniden düzenlediğinizde, atom titreşimlerden enerji alarak bir buzdolabı gibi davranır.

Her iki çalışma modunda da, atomun elektronik durumları ve titreşimler arasındaki korelasyonlarda kuantum etkileri ortaya çıkar. “Bu ölçekte, motor ve yük arasındaki enerji transferi biraz bulanık. Artık sadece yük üzerinde çalışma yapmak mümkün değil, biraz ısı transfer etmek zorundasınız ”diyor Poletti. Teoriyi NUS Physics’te Jiangbin Gong ve Augsburg’da Peter Hänggi ile çalıştı. Bulanıklık süreci daha az verimli hale getirir, ancak deneyciler yine de çalışmasını sağlayabilirler.

Mukherjee ve meslektaşları Noah Van Horne, Dahyun Yum ve Tarun Dutta, elektronun (negatif bir yük) çıkarıldığı bir baryum atomu kullandılar. Bu, atomun pozitif yüklü olmasını sağlar, böylece elektrik alanları tarafından bir metal odasının içinde daha kolay tutulabilir. Diğer tüm hava etrafından alınır. Atom daha sonra dört aşamalı bir döngü boyunca hareket ettirmek için lazerlerle zaplanır.

Araştırmacılar 2 ila 15 döngü uyguladıktan sonra atomun titreşimini ölçtüler. Ortalamada ne kadar titreşim enerjisi bulunduğunu ölçerek belirli bir sayıda döngüyü 150 kata kadar tekrarladılar. Atom bir motor çevrimi ile zaptedildiğinde titreşim enerjisinin arttığını ve zaplar buzdolabı döngüsünü takip ettiğinde azaldığını görebiliyorlardı.

Atom boyutlu makineyi anlamak hem karmaşık hesaplamaları hem de gözlemleri içeriyordu. Ekibin, ergotropi olarak bilinen, yararlı işe dönüştürülebilecek enerji olan iki termodinamik miktarı ve sistemdeki bozuklukla ilgili entropiyi izlemesi gerekiyordu. Atom makinesi çalışırken hem ergotropi hem de entropi artar. İlk yazar ve doktora öğrencisi Van Horne, “Bakmanın hala basit bir yolu var,“ Gevşek bir şekilde, çocuklar da verildiğinde, tıpkı serbest enerjiyle doldurulduğu için entropi oluşturan küçük bir makine tasarladık çok şeker.”


Kaynak: Noah Ku Horne, Dahyun Yum, Tarun Dutta, Peter Hänggi, Jiangbin Gong, Dario Poletti ve Manas Mukherjee, 1 Mayıs 2020, npj Quantum Information tarafından “Kuantum yüküne sahip tek atomlu enerji dönüşüm cihazı”.

Araştırmacılar Tek Bir Atomu Kuantum Motoruna ve Kuantum Buzdolabına Dönüştürüyor 1

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.