Menor motor do mundo gira como uma roda voadora

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/09/2019

O menor motor do mundo funciona devido à sua rotação intrínseca, que converte o calor absorvido de um laser em oscilações ou vibrações do íon aprisionado.
[Imagem: John Goold/Trinity College Dublin]

Motor atômico

Há cerca de três anos, uma equipe de físicos de vários países construiu o menor motor do mundo, usando um único íon de cálcio - ele é aproximadamente 10 bilhões de vezes menor do que um motor de carro.

Agora eles aprimoraram o nanomotor e, em vez de um movimento de vai-e-vem, similar a um pistão, o motor produz vibrações que o fazem funcionar como uma roda voadora, ou flywheel.

O motor em si - um único íon de cálcio - é eletricamente carregado, o que facilita sua captura e controle com campos elétricos. A substância de trabalho do motor é a "rotação intrínseca" do íon (seu momento angular, ou spin). Essa rotação é usada para converter o calor absorvido do laser em oscilações ou vibrações do íon aprisionado.

Dando a partida no motor atômico a partir do repouso - ou, mais precisamente, do seu "estado fundamental" (a menor energia da física quântica) - a equipe observou o pequeno motor forçando a roda voadora a rodar cada vez mais rápido. Fundamentalmente, o estado do íon fica acessível no experimento, permitindo que os físicos avaliem com precisão o processo de deposição de energia.

O experimento permite fazer medições fundamentais da mecânica quântica.
[Imagem: Lindenfels et al. - 10.1103/PhysRevLett.123.080602]

"A roda voadora nos permite realmente medir a potência de um motor em escala atômica, resolvendo quantas únicos de energia, pela primeira vez," disse o professor Mark Mitchison, do Trinity College de Dublin, na Irlanda, referindo-se às unidades discretas de energia (quantum) previstas pela mecânica quântica.

Este é um exemplo de motor de calor, que converte energia termal em movimento - assim como os motores a vapor ou as turbinas das termoelétricas. O calor é fornecido por um laser, e o motor atômico converte a energia do spin do íon de cálcio em um movimento da partícula.

"O gerenciamento de calor em nanoescala é um dos gargalos fundamentais para uma computação mais rápida e eficiente. Compreender como a termodinâmica pode ser aplicada em ambientes microscópicos é de suma importância para as tecnologias futuras," disse o professor John Goold, membro da equipe.

Bibliografia:

Artigo: Spin heat engine coupled to a harmonic-oscillator flywheel
Autores: David von Lindenfels, Oliver Grab, Christian T. Schmiegelow, Vidyut Kaushal, Jonas Schulz, Mark T. Mitchison, John Goold, Ferdinand Schmidt-Kaler, Ulrich G. Poschinger
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 123, 080602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.080602