德国科学家揭示如何利用单个原子制造世界最小引擎：亚美体育app

自工业革命以来，热机在现代社会的发展中就扮演着最重要的角色。例如，汽车发动机把热能切换为机械能，才使现代的生活方式沦为有可能。与此同时，随着工业微型化的发展，人们寄希望于研发出有更加小的引擎装置。

　　德国美茵茨大学物理学家Johannes Rossnagel在《科学》杂志上说明了了如何利用单个钙原子生产全世界大于的引擎。原子引擎的能量转化成过程与传统汽车内燃机引擎的能量切换过程类似于，通过在温度有所不同的两个热源间的循环，将热量切换为简单的功。

不同之处在于，一般来说展开热-功切换的工作介质是不含大量分子的液体或者气体的，而Rossnagel则将一个被容许在线性保罗陷阱（Paul trap）中的钙离子作为引擎的工作介质，激光加热束作为低温热源，而电场噪声则作为热源。　　我们的研究结果表明，机器是可以微缩到单个原子大小的。这为未来的单离子冰箱和水泵的实验获取了平台。此外也为确实的热力学量子效应的探寻打开了大门。

Rossnagel回应。　　文献图注图1 单原子热机　　A： 实验装置示意图 绿色部分：受约束的单个原子；蓝色部分：激光束；红色部分：漏斗状射频电极；金色部分：端帽；灰色部分：外部电极　　B： 射频电极间的赝势断面图，在中心方位超过最低点（细管形）　　C： 离子的方位（黑色标志）随时间的变化，用正弦曲线展开数值（绿色曲线）； 红蓝背景体现低、低温热源的周期性起到，产生周期性驱动力（蓝色曲线）　　D： 单原子引擎在一个径向上的热力学循环图2 引擎温度变化情况　　A： 冷却（红色）、加热（蓝色）过程中的温度变化，TH、TC分别代表冷却、加热温度；　　B： 冷却温度TH与电噪声方均根的关系；　　C： 模拟出的离子温度随时间的变化，获得工作温度Twork图3 引擎的功率和效率　　由右图求得，该引擎的功率与理论计算结果大致相同，效率可以超过0.280.07%。

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