Almanya'da bulunan Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) Fizik Enstitüsü'nden QUANTUM çalışma grubu ile Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) kuramsal fizikçilerinin ortaklaşa gerçekleştirdikleri deneyler sonucunda yeni bir ısı makinesi üretildi. Sadece tek bir atom kullanarak işleyen ısı makinesi biçiminin ayrıntıları Science dergisinde yayımlanan bir makale ile paylaşıldı.



Isı makineleri, Sanayi Devrimi'nden bu yana toplumu biçimlendirmede önemli rol oynuyor. Bu motorlar, tıpkı arabalarda olduğu gibi termal enerjiyi mekanik güce dönüştürüyor. Onlar olmadan şu anki çağdaş yaşam tarzımız mümkün olamazdı. Diğer yandan, minyatürleşme çabaları sonucu giderek daha küçük cihazlar üretilebiliyor. (Bkz. Kuantum Makinelerin Sınırları Üzerine Bir Söyleşi)

Prof.Kilian Singer liderliğindeki araştırma ekibi, elektriksel yük taşıyan tek bir kalsiyum atomunu yakalayıp tutmak için Paul tuzağı kullanmış. Bu atom, elektriksel olarak üretilmiş gürültü yardımıyla ısıtılıp, lazer ışını ile soğutulabiliyor. Sonuç olarak atom bir termodinamik çevrime giriyor. Bu da parçacığın tuzak içinde ileri geri hareket etmesi anlamına geliyor; tıpkı tipik bir motorun vuruşları gibi. Atom motorla aynı biçimde davranmakla kalmayıp, enerji de depoluyor.

Araştırmacılar, ürettikleri motorun termodinamik davranışını belirlemek için geniş kapsamlı sınamalar gerçekleştiklerini ifade ediyorlar. Makalede, tek parçacıklı bu motorun 10-22 watt'lık güç üretebildiğini ve 0,3 verimle işlediğini belirtiyorlar. Eğer tek atomlu motorun gücü atomun minik kütlesinden yükseltilse, çıkış gücü araba motoruna eşit olurdu. "Çevrimi geri alarak, bu cihazı tek atomlu buzdolabı olarak bile kullanabiliriz. Böylece nano ölçekteki sistemleri soğutabiliriz," şeklinde açıklıyor makalenin baş yazarı Johannes Roßnagel.

Bu araştırmanın birincil amacının ise bu tür bir nano makinenin yaratılmasının, tek parçacık düzeyinde termodinamik konusunun daha iyi anlaşılabilecek olması olduğu vurgulanıyor. Termodinamik kuantum etkilerinin incelenebilmesi için makinenin çalışma sıcaklığının daha da düşürülmesi planlanıyor. Kuramsal olarak, bir ısı motorunun gücünün, onu kuantum ısı banyosuna bağlayarak arttırılabileceği varsayılır. Böylece klasik termodinamiğin kabul edilmiş standart sınırlarının ötesine geçerek, yeni tip motorların geliştirilmesi için zengin olanaklara kavuşulabilir. (Bkz. Kuantum Termodinamik Devrimi)

---

Kaynak: Johannes Gutenberg-Universität Mainz, "Physicists build world’s smallest heat engine"
< http://www.uni-mainz.de/presse/20212_ENG_HTML.php >

İlgili Makale: J. Roßnagel et al., A single-atom heat engine, Science 352:6283, 325-329, 15 April 2016. DOI:10.1126/science.aad6320
< http://science.sciencemag.org/content/352/6283/325.article-info >

---