日本國家科研機(jī)構(gòu)理化學(xué)研究所(RIKEN)造出了一種同時(shí)既發(fā)熱又制冷的微觀引擎。這是第一個(gè)體現(xiàn)量子效應(yīng)的設(shè)備，可用于改善納米技術(shù)。

　　傳統(tǒng)熱機(jī)和制冷機(jī)通過對(duì)兩缸液體周期循環(huán)實(shí)現(xiàn)不同的效應(yīng)。壓縮一缸液體導(dǎo)致液體升溫；快速讓另一缸液體膨脹則導(dǎo)致它冷卻。通過周期性循環(huán)，兩缸液體交換能量，實(shí)現(xiàn)熱機(jī)或制冷機(jī)的效果。

　　這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人日本理化學(xué)研究所高級(jí)設(shè)備實(shí)驗(yàn)室的小野敬二(Keiji Ono，音譯)說，在宏觀層面造一個(gè)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)這兩種循環(huán)的機(jī)器是不可能完成的任務(wù)，當(dāng)然也沒有用處。

　　但是在微觀世界，物理定律不一樣。微觀世界是量子學(xué)掌控的世界，和宏觀世界有著很多不同之處。比如一個(gè)電子可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)位置，或同時(shí)具有兩個(gè)能量態(tài)。物理學(xué)家在構(gòu)建新的理論框架，進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)了解微觀系統(tǒng)的運(yùn)作情況。近年來科學(xué)家造出不少微觀設(shè)備，比如基于單個(gè)原子的設(shè)備。

　　這份新研究在晶體管內(nèi)使用一個(gè)電子制造量子版本的熱機(jī)。電子有兩個(gè)能量態(tài)。研究組通過施加電場或微波的方式增加或減少兩者間的能量差。

　　小野敬二說：“這就像密閉式內(nèi)液體周期循環(huán)的膨脹和壓縮一樣。”當(dāng)電子從高能態(tài)轉(zhuǎn)換到低能態(tài)的過程還會(huì)釋放微波。

　　通過監(jiān)控電子處于哪個(gè)能量態(tài)，研究組先展示這種納米設(shè)備分別作為熱機(jī)和制冷機(jī)的效果。

　　接著，研究組展示了更奇特的現(xiàn)象：這個(gè)納米設(shè)備可以同時(shí)既制熱又制冷——正是量子效應(yīng)的體現(xiàn)。研究人員通過探察電子處于不同能量態(tài)的特征效應(yīng)圖，證實(shí)了這種現(xiàn)象的存在。

　　小野敬二說：“實(shí)驗(yàn)展示的特征效應(yīng)圖和理論預(yù)計(jì)的幾乎完全一樣。這意味著兩種模式操作之間可以快速切換，這在未來將具有創(chuàng)新的應(yīng)用。”

　　(文章來源：騰訊網(wǎng))