Uma nanomáquina multitarefa que pode atuar como um motor térmico e uma geladeira ao mesmo tempo foi criada pelos engenheiros da RIKEN. O dispositivo é um dos primeiros a testar como os efeitos quânticos, que governam o comportamento das partículas na menor escala, pode um dia ser explorado para melhorar o desempenho das nanotecnologias.

Os motores térmicos convencionais e os refrigeradores funcionam conectando duas piscinas de fluido. Comprimir uma poça faz com que seu fluido aqueça, enquanto se expande rapidamente, a outra piscina resfria seu fluido. Se essas operações forem feitas em um ciclo periódico, as piscinas trocam energia e o sistema pode ser usado como motor térmico ou como refrigerador.

Seria impossível configurar uma máquina em macroescala que fizesse as duas tarefas simultaneamente - nem os engenheiros gostariam, disse Keiji Ono do Laboratório de Dispositivos Avançados RIKEN. "Combinar uma máquina de calor tradicional com uma geladeira tornaria uma máquina completamente inútil, "ele diz." Não saberia o que fazer. "

Mas as coisas são diferentes quando você encolhe as coisas. Os físicos têm desenvolvido dispositivos cada vez menores, às vezes com base em átomos individuais. Nessas escalas minúsculas, eles têm que levar em consideração a teoria quântica - o estranho conjunto de leis que diz, por exemplo, um elétron pode existir em dois lugares ao mesmo tempo ou ter duas energias diferentes. Os físicos estão desenvolvendo novas estruturas teóricas e experimentos para tentar descobrir como esses sistemas se comportarão.

A versão quântica do motor térmico usa um elétron em um transistor. O elétron tem dois estados de energia possíveis. A equipe poderia aumentar ou diminuir a lacuna entre esses estados de energia aplicando um campo elétrico e microondas. "Isso pode ser análogo à operação periódica de expansão-compressão de um fluido em uma câmara, "diz Ono, quem conduziu o experimento. O dispositivo também emitia microondas quando o elétron passava do nível de alta energia para o inferior.

Ao monitorar se o nível de energia superior foi ocupado, a equipe demonstrou pela primeira vez que o nanodispositivo pode atuar como um motor térmico ou como uma geladeira. Mas então eles mostraram algo muito mais estranho - a nanomáquina poderia atuar como os dois ao mesmo tempo, que é um efeito puramente quântico. Os pesquisadores confirmaram isso observando a ocupação do nível de energia superior, que se combinou para criar um padrão de interferência característico. "Houve uma correspondência quase perfeita entre o padrão de interferência experimental e o previsto pela teoria, "diz Ono.

"Isso pode permitir uma mudança rápida entre os dois modos de operação, "Ono explica." Essa capacidade pode ajudar a criar novos aplicativos com esses sistemas no futuro. "