日本國家科研機構理化學研究所(RIKEN)造出了一種同時既發(fā)熱又制冷的微觀引擎。這是第一個體現(xiàn)量子效應的設備，可用于改善納米技術。

　　傳統(tǒng)熱機和制冷機通過對兩缸液體周期循環(huán)實現(xiàn)不同的效應。壓縮一缸液體導致液體升溫；快速讓另一缸液體膨脹則導致它冷卻。通過周期性循環(huán)，兩缸液體交換能量，實現(xiàn)熱機或制冷機的效果。

　　這項研究的負責人日本理化學研究所高級設備實驗室的小野敬二(Keiji Ono，音譯)說，在宏觀層面造一個同時可以實現(xiàn)這兩種循環(huán)的機器是不可能完成的任務，當然也沒有用處。

　　但是在微觀世界，物理定律不一樣。微觀世界是量子學掌控的世界，和宏觀世界有著很多不同之處。比如一個電子可以同時出現(xiàn)在兩個位置，或同時具有兩個能量態(tài)。物理學家在構建新的理論框架，進行相應的實驗了解微觀系統(tǒng)的運作情況。近年來科學家造出不少微觀設備，比如基于單個原子的設備。

　　這份新研究在晶體管內(nèi)使用一個電子制造量子版本的熱機。電子有兩個能量態(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。”當電子從高能態(tài)轉(zhuǎn)換到低能態(tài)的過程還會釋放微波。

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

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

　　小野敬二說：“實驗展示的特征效應圖和理論預計的幾乎完全一樣。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)新的應用?！?/p>

　　(文章來源：騰訊網(wǎng))