Qufu Normal Universiteti, Hong Kong va Palermo universitetlarining tadqiqotchilari termik kvant dvigatelining ishlab chiqilganligini e'lon qilishdi. Bu yangi dvigatel bir vaqtning o'zida ish va sovutishni ishlab chiqarish qobiliyatiga ega. Fenomenning nazariy va amaliy dalillarini birlashtirgan bu tadqiqot Physical Review Letters jurnalida nashr etildi.
Bu kashfiyot uchun boshlang'ich nuqta atipik termik ta'sirni kuzatish bo'ldi: kvant tizimi sovuqroq termik rezervuarlardan issiqlikni yutadi. Bu xatti-harakat klassik prinsipga zid keladi, chunki u issiqlik har doim issiqroq joylardan sovuqroq joylarga o'tishi va termik muvozanatga erishishi kerakligini ta'kidlaydi, bu esa muzlatgichlar va energiya stansiyalari kabi texnologiyalar uchun muhim prinsipdir.
Bu hodisa cheksiz sababli tartib (ICO) tushunchasi bilan chambarchas bog'liq. Katta muallif Zhong-Xiao Man Phys.org ga ICO ikki voqeaning tartiblar superpozitsiyasida mavjud bo'lishiga imkon berishini tushuntirdi. Kvant termodinamikasida bu voqealar nazorat kviti orqali tizimga ta'sir qiluvchi termallashtirish kanallari sifatida ifodalanadi va shu cheksiz tartibni hosil qiladi.
Man qo'shimcha qilib, avvalgi tadqiqotlar hatto teng haroratdagi kanallardan foydalanganda ham, tizim shu haroratda barqarorlashishi shart emasligini ko'rsatganini aytdi, bu esa an'anaviy termodinamikadan sezilarli chetga chiqishni anglatadi. Shu bilan birga, jamoa tizim va kanallar haroratlari farqli bo'lganda issiqlik oqimi bilan nima sodir bo'lishini o'rgandi. Man shunday dedi: «Bizning maqolamizning asosiy g'oyasi shundaki, kvant dunyosida ikkita termik jarayon turli tartiblar superpozitsiyasida sodir bo'lishi mumkin. Bu g'ayritabiiy issiqlik oqimini yaratadi, dvigatelning klassik jihatdan mumkin bo'lmagan tarzda sovuqroq muhitdan energiya olishiga imkon beradi».
Bu g'ayritabiiy issiqlik oqimiga asoslanib, olimlar Otto kvant dvigatelini yaratdilar, bu issiqlikni foydalaniladigan energiyaga aylantirish uchun mo'ljallangan qurilma. An'anaviy Otto dvigatellari aksincha, bu qurilma foydali ish va sovutishni bir vaqtda hosil qila oladigan kvant siklini ishga tushiradi, bu odatda ikkita alohida uskuna talab qiladi. G'ayritabiiy oqim va dvigatel fotonik platformada amaliyotda sinovdan o'tkazildi va natijalar jamoaning nazariy prognozlarini to'liq tasdiqladi.
Boshqa muallif Giulio Chiribella ishning uchta muhim yutuqini ta'kidladi. Birinchidan, kvant koherensiyasi issiqlik almashinuvini tizimlar orasida keskin o'zgartirishi mumkinligini isbotlab, g'ayritabiiy issiqlik oqimining yangi modaliyatini aniqladi. Ikkinchidan, bunday an'anaviy bo'lmagan termodinamik ta'sirlarning fotonik platformada to'liq nazariy va amaliy namoyishi amalga oshirildi. Nihoyat, bunday ta'sirlar faqat cheksiz sababli tartibga xos emasligi, balki aniqlangan sababli tuzilma ichida ham takrorlanishi mumkinligi isbotlandi.
Ta'kidlash joizki, taqdim etilgan dvigatel hali konsepsiya isboti bo'lib qolgan, ammo mualliflar dizayn va g'ayritabiiy issiqlik oqimining kvant texnologiyalarini ishlab chiqishda qo'llanilishi mumkinligini taklif qilishadi. Bularga kvant protsessorlarini sovutish, kvant sensorlarida issiqlikni boshqarish, shuningdek, tasvir va nanolicha qurilmalardagi qo'llanishlar kiradi. Katta muallif Rosario Lo Franco kelajakdagi tadqiqotlar ideal termodinamik sikllardan tashqariga chiqishga, barcha operatsiyalar cheklangan vaqt ichida sodir bo'ladigan yanada amaliyroq tatbiqlarni o'rganishga e'tibor qaratishi kerakligini ko'rsatdi. Lo Franco yaqinda chiqqan tadqiqotlar cheklangan vaqtda olingan o'lchovlar va nazoratlar energetik xarajat, ma'lumot olish darajasi va samaradorlik o'rtasida muhim almashinuvlarni keltirib chiqarishi mumkinligini ko'rsatishini va jamoa ushbu cheklovlar dvigatelga qanday ta'sir qilishini tushunishni rejalashtirayotganini kuzatdi.
Southampton universiteti va Singapur milliy universiteti olimlari bu jarayonda anʼanaviy ravishda qoʻllaniladigan polimerlardan foydalanmasdan ikki oʻlchovli heterostrukturalar yaratish usulini taqdim etdilar. Ushbu tadqiqot natijalari Nature Communications jurnalida nashr etildi.
Taklif etilgan yondashuv adsorbsiya sintezlangan materiallarni muskovit tabiiy kristallari bilan almashtiradi, u shistak turidir. Bu atom qalinligidagi qatlamlardan iborat tuzilmalarning sifatini pasaytiradigan mikro ifloslanishni kamaytirish imkonini beradi.
Bu yutuq kvant materiallaridan foydalanish orqali tadqiqotlarning aniqligini oshirish va yanada ishonchli elektron komponentlarni ishlab chiqishni tezlashtirishga qodir. Yuzalar tozaligi bunday qurilmalar samaradorligi uchun hal qiluvchi omil sifatida tan olingan.
Ikki o'lchovli materiallarni ishlab chiqarish juda nozik atom qatlamlarini biriktirishga bog'liq. Standart usullarda bu yig'indi uchun sintezlangan polimerlar ishlatiladi, ular tuzilmalarning elektron xatti-harakatini o'zgartiruvchi mikro qoldiqlar qoldiradi. Bu muammoni bartaraf etish uchun jamoa muskovitdan, ya'ni shistak deb nomlanuvchi mineraldan foydalangan.
Tadqiqotchilar fikricha, muskovit organik bo'lmagan kristal bo'lgani uchun u yanada bir xil yuzani ta'minlaydi va heterostrukturalar montaj paytida ifloslantiruvchi moddalar miqdorini sezilarli darajada kamaytiradi. Ish shuningdek, bu almashtirish atom qatlamlarini yuqori aniqlik bilan joylashtirish imkonini berishini namoyish etdi. Bunday nazorat muhim, chunki ba'zi ikki o'lchovli materiallar ma'lum burchaklarda joylashganda butunlay boshqa xususiyatlarga ega bo'ladi.
Tadqiqotning asosiy muallifi, Southampton universiteti eksperimental fizika professori Makars Shishkin, bunday aniqlik darajasining kvant materiallari sohasidagi tadqiqotlar uchun hal qiluvchi ekanligini ta'kidladi. U aytadiki, grafen va heksagonal boron nitridi kabi ikki o'lchovli materiallar qatlamlar orasidagi nazorat qilingan burchaklar bilan tuzilmalarga joylashtirilganda, ular butunlay yangi xususiyatlarni namoyish etishni boshlaydi.
Tadqiqotchi kichik miqdordagi ifloslanishlar tajriba natijalarini buzishi mumkinligini tushuntirdi, shuning uchun toza jarayon ilmiy izlanishlar imkoniyatlarini kengaytiradi. U shuningdek, yangi usul tuzilmalarni tayyorlashni soddalashtirishi va jarayon xarajatlarini kamaytirishi haqida eslatib o'tdi.
Shishkin baho qilishicha, ifloslantirishsiz ishlab chiqarish usullarini takomillashtirish yanada samarali nanoelektron komponentlar va kelajakda yuqori tezlik va ishonchlilikka ega mikrotsipni yaratish yo'lida muhim qadamdir.
Singapur milliy universiteti professori va tadqiqot hammuallifi Aleksey Berdyugin nanoteknologiyalarning eng katta muammolaridan biri atom steklarini ifloslantirmasdan yaratish ekanligini ta'kidladi. U shuni qo'shimcha qildiki, shistak yumshoq polimer emas, balki organik bo'lmagan kristal bo'lgani uchun u an'anaviy usullarga xos bo'lgan ko'plab ifloslanish muammolaridan qochadi.
Berdyugin so'zlariga ko'ra, bu usul ultra toza yuzalarni ta'minlaydi, bu esa elektron komponentlarning maksimal samaradorlikda ishlashiga imkon beradi. Tadqiqotchi bu xususiyat fundamental tadqiqotlar va kvant texnologiyalari kelajakdagi qo'llanilishlari uchun yo'l ochishi mumkin deb hisoblaydi.
