Le plus petit moteur du monde est né des nanotechnologies et de la physique

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Une équipe de chercheurs du Trinity College de Dublin et de l’Universität Mainz a mis au point le plus petit moteur du monde.

Le moteur thermique à l'échelle nanométrique. Crédit image : John Goold, Trinity College Dublin.

Le moteur thermique à l’échelle nanométrique. Crédit photo : John Goold, Trinity College Dublin.

Le moteur à l’échelle nanométrique – un piège 40Ca+ ion – est environ 10 milliards de fois plus petit qu’un moteur de voiture.

Il est chargé électriquement, ce qui le rend facile à piéger à l’aide de champs électriques.

La substance active du moteur est le “spin intrinsèque” (moment angulaire) de l’ion. Ce spin est utilisé pour convertir la chaleur absorbée par les faisceaux laser en oscillations, ou vibrations, de l’ion piégé.

Ces vibrations agissent comme un “volant d’inertie”, qui capte l’énergie utile générée par le moteur. Cette énergie est stockée en unités discrètes appelées “quanta”, comme le prévoit la mécanique quantique.

“Le volant d’inertie nous permet de mesurer réellement la puissance de sortie d’un moteur à l’échelle atomique, en résolvant des quanta d’énergie uniques, pour la première fois”, a déclaré le Dr Mark Mitchison, membre de l’équipe et scientifique au Trinity College de Dublin.

Le plus petit moteur du monde fonctionne grâce à son spin intrinsèque, qui convertit la chaleur absorbée par les faisceaux laser en oscillations de l'ion piégé. Crédit image : John Goold, Trinity College Dublin.

Le plus petit moteur du monde fonctionne grâce à son spin intrinsèque, qui convertit la chaleur absorbée par les faisceaux laser en oscillations de l’ion piégé. Crédit photo : John Goold, Trinity College Dublin.

En démarrant le volant d’inertie au repos – ou, plus précisément, à partir de son “état de base” – l’équipe a observé que le petit moteur forçait le volant d’inertie à tourner de plus en plus vite.

De façon cruciale, l’état du 40Ca+ était accessible dans l’expérience, ce qui a permis aux chercheurs d’évaluer précisément le processus de dépôt d’énergie.

“Cette expérience et cette théorie ouvrent une nouvelle ère pour l’étude de l’énergétique des technologies basée sur la théorie quantique, qui est un sujet au cœur de nos recherches”, a déclaré le Dr John Goold, également du Trinity College de Dublin.

“La gestion de la chaleur à l’échelle nanométrique est l’un des goulots d’étranglement fondamentaux pour un calcul plus rapide et plus efficace.”

“Comprendre comment la thermodynamique peut être appliquée dans de tels cadres microscopiques est d’une importance capitale pour les technologies futures.”

Les travaux de l’équipe ont été publiés dans le numéro d’aujourd’hui de la revue. Physical Review Letters.

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