La termodinámica clásica se desarrolló en una era cuando el típico motor pesaba más de una tonelada. Ahora, los investigadores estudian motores lo suficientemente pequeños para que los efectos cuánticos puedan ser considerados y los límites de sobra conocidos no se puedan aplicar. En un trabajo reciente, los predicen un nanomotor que se aproveche de los estados "exprimidos" cuyo ruido está concentrado en un parámetro y reducido en otro. Los autores han descubierto que la eficiencia de este dispositivo podría ser al menos un factor 2 mayor que el límite clásico de Carnot.
El límite de Carnot da la eficiencia máxima, la producción de trabajo dividida entre la entrada de calor, para un motor de calor dirigido por la diferencia de temperatura entre dos depósitos térmicos. Sin embargo, este límite no se aplica a los depósitos que están diseñados para estar fuera de equilibrio térmico. Un reciente trabajo teórico ha mostrado que los motores acoplados a depósitos exhiben correlaciones cuánticas o coherencia pueden sobrepasar la frontera de Carnot.
El equipo de investigadores ha imaginado un nuevo diseño de nanomotor donde exprimir pone al sistema fuera de equilibrio. Un estado exprimido tiene una distribución no uniforme de ruido. Por ejemplo, un oscilador podría tener menos ruido en su amplitud pero más ruido en su fase. Los científicos investigaron un motor consistente en un único ión atrapado, cuyo estado está caracterizado por su oscilación alrededor del eje de la trampa. Los depósitos en este caso son dos campos láser ajustados para añadir o eliminar energía de oscilación del ión. Cuando el depósito de temperatura más alta es exprimido, más energía se añade al ión, permitiéndole que produzca más trabajo. En sus cálculos, los investigadores ajustaron los parámetros del motor para la máxima potencia y descubrieron que exprimir puede aumentar la eficiencia hasta un 20% para un sistema de iones atrapados realista.
Via
Physics.aps
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