Des recherches de l'Université de Manchester ont jeté un nouvel éclairage sur l'utilisation de « moteurs thermiques » miniaturisés qui pourraient un jour aider à alimenter des machines à l'échelle nanométrique comme les ordinateurs quantiques.

Les moteurs thermiques sont des dispositifs qui transforment l'énergie thermique en une forme utile connue sous le nom de « travail » qui peut fournir de l'énergie, comme tout autre moteur.

Dr Ahsan Nazir, maître de conférences et membre de l'EPSRC basé au Photon Science Institute et à l'école de physique et d'astronomie de Manchester, voulait voir comment les moteurs thermiques fonctionnaient au niveau quantique, un environnement subatomique où les lois classiques de la physique ne s'appliquent pas toujours.

Les moteurs thermiques à cette échelle pourraient aider à alimenter les machines nanométriques miniaturisées du futur, tels que les composants des ordinateurs quantiques.

les recherches du Dr Nazir, publié dans la revue Examen physique E , ont montré que les moteurs thermiques étaient enclins à perdre des performances à l'échelle quantique en raison de la façon dont ces dispositifs échangent de l'énergie avec des réservoirs de chaleur externes - et des recherches supplémentaires seraient nécessaires pour remédier à ce défi.

« Les moteurs thermiques sont des dispositifs qui transforment l'énergie thermique en une forme utile connue sous le nom de « travail », " a expliqué le Dr Nazir.

« En plus d'être d'une immense importance pratique, la compréhension théorique des facteurs qui déterminent leur efficacité de conversion énergétique a permis une compréhension approfondie des lois classiques de la thermodynamique.

"Récemment, beaucoup d'intérêt s'est porté sur les réalisations quantiques des moteurs afin de déterminer si les lois thermodynamiques s'appliquent également aux systèmes quantiques.

"Dans la plupart des cas, ces moteurs sont simplifiés en supposant que l'interaction entre le système de travail et les réservoirs thermiques est extrêmement faible. À l'échelle macroscopique classique, cette hypothèse est généralement valide - mais nous avons reconnu que cela pourrait ne pas être le cas car la taille du système diminue à l'échelle quantique.

"Le consensus sur la façon d'aborder la thermodynamique dans ce régime dit de couplage fort n'a pas encore été atteint. Nous avons donc proposé un formalisme adapté à l'étude d'un moteur thermique quantique dans le régime de force d'interaction non nulle et l'avons appliqué au cas d'un cycle Otto à quatre temps.

« Cette approche nous a permis de réaliser une analyse thermodynamique complète des échanges énergétiques autour du cycle pour toutes les forces de couplage. Nous constatons que les performances du moteur diminuent à mesure que la force d'interaction devient plus appréciable, et donc les forces d'interaction système-réservoir non nulles constituent une considération importante dans le fonctionnement des moteurs thermiques de mécanique quantique. »