Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nový nanosystém dokáže vytvářet mechanický pohyb bez elektrického proudu. De facto jde o miniaturní tepelný motor.
Nanoeletromechamické systémy se označují jako NEMS, jedná se o pokročilejší verzi známých systémů MEMS, které se dnes běžně využívají např. jako senzory (včetně všudypřítomných senzorů v mobilních telefonech).
Nový motor sice využívá elektrony, nikoliv ale ve smyslu konverze energie elektrického proudu na mechanickou práci. Interakce mezi různě teplými (různě rychle kmitajícími) elektrony rozvibruje uhlíkovou nanotrubičku. Ta je umístěna mezi dvěma materiály, které fungují jako zásobníky elektronů. Elektrony mohou volně proudit na nanotrubičky a zpět, nedokáží ale přecházet z jedné „elektrody“ na druhou – brání jim v tom podle vědců to, že částice v obou zásobnících mají opačný spin. Proto nelze říct, že by v systému tekl elektrický proud.
Mají-li oba zásobníky elektronů různé teploty, dochází mezi nimi na nanotrubičce k výměně tepla. Přitom se nanotrubička prohne směrem k chladnějšímu zásobníku. Tím se zvýší tunelování elektronů z chladnějšího zásobníku a v systému vznikne zpětná vazba. Mechanický pohyb je ovšem oproti tepelnému zpožděný, takže výsledkem jsou vibrace, které postupně získají periodický charakter (čím rychlejší kmitání, tím méně času zbývá na tepelnou výměnu, tato záporná vazba proto oscilaci ustálí). Tak by trubička kmitala až do vyrovnání teplot, průběžnými úpravami teplot obou zásobníků lze ovšem pohyb dále řídit.
Účinnost přeměny energie není nijak oslnivá, jen jednotky procent. Ani změnou rozdílů teplot se tato účinnost příliš nevylepší, ztráty prý způsobují „geometrické“ vlastnosti systému. Jedná se v tuto chvíli především o demonstrační případ, jak vytvořit nanomotor, který se obejde bez elektrického proudu. V elektrických systémech vzniká teplo jako odpadní produkt, příslušný motor by mohl fungovat jako vestavěný prvek pro jeho další využití.
Studie byla publikována ve Physical Review Letters (hlavní autor A. Vikström z Chalmers University of Technology ve švédském Göteborgu).
Zdroj: Phys.org
(Poznámky: Samotná trubička vyžaduje navíc upevnění na koncích, ty lze využít také jako zásobníky elektronů. Systém je zde oproti skutečnému uspořádání popsán zjednodušeně.
Také: Proč se vlastně nemohou míchat elektrony s různým spinem? Snad jde o zásobníky z feromagnetického materiálu, kde se spiny mají tendenci orientovat jedním směrem?)
