الهدف من تقنية النانو هو تصغير الالات المستخدمة في حياتنا اليومية، وذلك بهدف التحكم في العالم النانوي كما نتحكم في الاشياء في حجمها الطبيعي. وكان النجاح في اختراع محرك بحجم ذرة واحدة بمثابة نقلة نوعية في هذا الاتجاه.
تمكن باحثون في المانيا من بناء محرك حراري من ذرة واحدة ويعد اصغر محرك تم بنائه. وقد قدر قدرة المحرك الحراري بنحو 3.4×10-22 وات والتي تكافؤ بالنسبة للكتلة قدرة محرك سيارة بـ 1.5 كيلو وات لكل كيلوجرام. وقد نشرت نتائج هذا البحث في مجلة العلوم journal Science.
يعمل المحرك الحراري على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ويعد اختراع المحركات الحرارية بداية النهضة الصناعية. وركزت الابحاث في العقد الاخير على تصغير المحركات الحرارية.
تم تصميم محرك الذرة الواحدة ليعمل بنفس فكرة المحرك الحراري العادي. لقد استخدموا ايون كالسيوم ومقيد ليتحرك في اتجاه على امتداد محور واحد. وقد تم تعريضه لدرجتي حرارة مختلفتين عن طريق التبريد بواسطة شعاع ليزر والتسخين تم بواسطة مجال كهربي متردد. ولد اختلاف درجتي الحرارة حركة ايون الكلسيوم على امتداد المحور بنفس الية حركة مكبس المحرك الحراري.
ويقول دكتور جوهانس روبنجل Johannes Roßnagel ان الصعوبات التي واجهتهم في تصميم هذا المحرك تكمن في الالكترونيات الدقيقة التي تعمل باقل تشويش ممكن لمنع التداخل وتطلب العمل استخدام كاميرا بزمن تعريض قصير جدا يصل إلى 700 نانو ثانية وفي حجيرة مفرغة من الهواء مع تحكم دقيق في المجال الكهربي واستخدام نظام ليزر عالي الجودة. كما ان النقطة الاهم هي التحكم الدقيق في درجة الحرارة والطاقة والموضع لتشغيل المحرك.
يمتلك المحرك كفاءة 0.28٪ وهذا يعني ان 0.28٪ من الطاقة الكلية تتحول إلى شغل ميكانيكي. وقد تكون هذه الكفاءة متدنية جدا بالمقارنة مع المحرك الحراري في السيارة والذي تصل كفاءته إلى 30% ولكنها متفقة مع الحسابات النظرية.
من المتوقع ان يلعب محرك الذرة الواحدة دورا اساسيا في الفيزياء التطبيقية والنظرية على حد سواء. وسوف يكون له دورا بارزا في تزويد الاجهزة النانوية بالطاقة مما يسمح للعلماء من بناء ثلاجة من ذرة واحدة على سبيل المثال. الا ان العلماء لا يتوقعون ان يكون له تطبيقات في حياتنا اليومية في المرحلة الحالية.
يتطلب تشغيل محرك الذرة الواحدة مختبر مزود باجهزة الليزر ومعدات الكترونية ومضخات تفريغ هوائية الا ان العلماء في المرحلة الحالية يبذلون كل طاقتهم البحثية من اجهل فهم الديناميكيا الحرارية التي للجسيمات الاحادية. ودراسة هذه الامور وفهمها سوف ينعكس على جيل جديد من التجارب واجهزة مستقبلية لها تطبيقات مدهشة.
لمزيد من المعلومات حول البحث بالكامل من هنا
journal Science
