Geladeira ou aquecedor? Motor quntico esquenta e esfria ao mesmo tempo

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/12/2020

Superposio de quente e frio

O fenmeno da superposio quntica estabelece que uma partcula pode estar em dois estados ao mesmo tempo, ou em dois lugares simultaneamente – voc s sabe o valor ou a posio reais quando faz uma medio, o que faz a superposio colapsar e a partcula assumir uma identidade ou uma posio definida.

Se voc j est acostumado com essa noo – bem demonstrada experimentalmente, bom que se diga – ento no vai estranhar muito o feito de Keiji Ono e colegas do Instituto Riken, no Japo.

Ono criou um nanodispositivo que atua como um motor trmico, absorvendo calor ou liberando calor.

Isso significa que o nanodispositivo pode funcionar tanto como uma minigeladeira, quanto como um aquecedor.

Mas isso no tudo: Com o toque quntico adicional da superposio, ele pode na verdade resfriar e aquecer ao mesmo tempo.

Geladeira e aquecedor

Normalmente, voc no gostaria de combinar uma geladeira com um aquecedor. “Combinar um motor trmico tradicional com um refrigerador o tornaria uma mquina completamente intil. Ele no saberia o que fazer,” comenta Ono.

Mas as coisas so diferentes quando voc encolhe as coisas. Por exemplo, em nanoescala um refrigerador/aquecedor pode ser til para alternar rapidamente entre as duas funes, em um chip de computao quntica, por exemplo.

Em uma geladeira normal, como a que voc tem em casa, h uma troca de calor entre dois volumes de fluido: Comprimir um deles faz com que ele aquea, enquanto forar o outro a se expandir faz com que ele esfrie. Se essas operaes forem feitas em um ciclo peridico, os dois volumes de fluido trocaro energia e o sistema pode ser usado como uma mquina de calor ou como uma geladeira.

No nanomotor, esse processo feito aumentando ou diminuindo o hiato entre os nveis de energia internos de um eltron em um transstor. O eltron tem dois estados de energia possveis, sendo que a lacuna entre esses dois estados de energia pode ser controlada aplicando um campo eltrico e micro-ondas. “Isso pode ser anlogo operao peridica de expanso-compresso de um fluido em uma cmara,” disse Ono.

Geladeira quntica

Os ciclos desse nanodispositivo podem ser medidos porque o sistema “modula” as micro-ondas quando o eltron muda de nvel de energia. E as micro-ondas reemitidas quando o eltron passa de um nvel de energia mais alto para um nvel de energia mais baixo so diferentes das micro-ondas reemitidas quando o eltron passa de um nvel de energia mais baixo para um nvel de energia mais alto. Isso permite definir claramente quando o aparato est funcionando como geladeira ou como aquecedor.

Mas foi a que veio a surpresa: A nanomquina pode funcionar como geladeira e como aquecedor ao mesmo tempo, o que pode ser detectado na forma de um padro de interferncia de micro-ondas – o padro de interferncia uma mescla das energias emitidas quando o dispositivo est aquecendo e daquelas emitidas quando ele est resfriando.

“Houve uma correspondncia quase perfeita entre o padro de interferncia experimental e o previsto pela teoria,” disse Ono. “Isso pode permitir uma mudana rpida entre os dois modos de operao. Essa capacidade pode ajudar a criar novas aplicaes com esses sistemas no futuro.”

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