Theoretisch natuurkundigen aan het Trinity College Dublin behoren tot een internationale samenwerking die de kleinste motor ter wereld heeft gebouwd - die, als een enkel calciumion, is ongeveer tien miljard keer kleiner dan een automotor.

Werk uitgevoerd door de QuSys-groep van professor John Goold in Trinity's School of Physics beschrijft de wetenschap achter deze kleine motor. Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in internationaal tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , legt uit hoe willekeurige fluctuaties de werking van microscopische machines beïnvloeden. In de toekomst, dergelijke apparaten zouden in andere technologieën kunnen worden geïntegreerd om afvalwarmte te recyclen en zo de energie-efficiëntie te verbeteren.

De motor zelf - een enkel calciumion - is elektrisch geladen, waardoor het gemakkelijk te vangen is met behulp van elektrische velden. De werkende substantie van de motor is de "intrinsieke spin" van het ion (het impulsmoment). Deze spin wordt gebruikt om de door laserstralen geabsorbeerde warmte om te zetten in oscillaties, of trillingen, van het opgesloten ion.

Deze trillingen werken als een "vliegwiel", die de nuttige energie van de motor opvangt. Deze energie wordt opgeslagen in discrete eenheden die "quanta" worden genoemd, zoals voorspeld door de kwantummechanica.

"Het vliegwiel stelt ons in staat om het uitgangsvermogen van een motor op atomaire schaal te meten, het oplossen van enkele energiekwanta, Voor de eerste keer, " zei Dr. Mark Mitchison van de QuSys-groep bij Trinity, en een van de co-auteurs van het artikel.

Het vliegwiel starten vanuit rust - of, preciezer, vanuit zijn "grondtoestand" (de laagste energie in de kwantumfysica) - observeerde het team de kleine motor die het vliegwiel dwong om steeds sneller te draaien. Cruciaal, de toestand van het ion was toegankelijk in het experiment, waardoor de natuurkundigen het proces van energiedepositie nauwkeurig kunnen beoordelen.

Universitair docent natuurkunde aan Trinity, John Goold zei:"Dit experiment en deze theorie luiden een nieuw tijdperk in voor het onderzoek naar de energetische eigenschappen van technologieën op basis van de kwantumtheorie, dat is een onderwerp dat centraal staat in het onderzoek van onze groep. Warmtebeheer op nanoschaal is een van de fundamentele knelpunten voor sneller en efficiënter computergebruik. Begrijpen hoe thermodynamica in dergelijke microscopische omgevingen kan worden toegepast, is van het grootste belang voor toekomstige technologieën."

Het baanbrekende experiment werd uitgevoerd door een onderzoeksgroep onder leiding van professor Ferdinand Schmidt-Kaler en dr. Ulrich Poschinger van de Johannes Gutenberg-universiteit in Mainz, Duitsland.