Les physiciens théoriques du Trinity College de Dublin font partie d'une collaboration internationale qui a construit le plus petit moteur au monde, qui, comme un seul ion calcium, est environ dix milliards de fois plus petit qu'un moteur de voiture.

Les travaux effectués par le groupe QuSys du professeur John Goold à la Trinity School of Physics décrivent la science derrière ce petit moteur. La recherche, publié aujourd'hui dans une revue internationale Lettres d'examen physique , explique comment les fluctuations aléatoires affectent le fonctionnement des machines microscopiques. À l'avenir, de tels dispositifs pourraient être intégrés à d'autres technologies afin de recycler la chaleur perdue et ainsi améliorer l'efficacité énergétique.

Le moteur lui-même - un seul ion calcium - est chargé électriquement, ce qui le rend facile à piéger à l'aide de champs électriques. La substance active du moteur est le « spin intrinsèque » de l'ion (son moment angulaire). Ce spin est utilisé pour convertir la chaleur absorbée par les faisceaux laser en oscillations, ou des vibrations, de l'ion piégé.

Ces vibrations agissent comme un "volant d'inertie", qui capte l'énergie utile générée par le moteur. Cette énergie est stockée dans des unités discrètes appelées "quanta", comme le prédit la mécanique quantique.

"Le volant d'inertie nous permet de mesurer réellement la puissance de sortie d'un moteur à l'échelle atomique, résoudre des quanta uniques d'énergie, pour la première fois, " a déclaré le Dr Mark Mitchison du groupe QuSys à Trinity, et l'un des co-auteurs de l'article.

Démarrage du volant à partir du repos—ou, plus précisément, à partir de son "état fondamental" (l'énergie la plus basse de la physique quantique) - l'équipe a observé le petit moteur forçant le volant d'inertie à fonctionner de plus en plus vite. Surtout, l'état de l'ion était accessible dans l'expérience, permettant aux physiciens d'évaluer précisément le processus de dépôt d'énergie.

Professeur assistant de physique à Trinity, John Goold a déclaré :« Cette expérience et cette théorie inaugurent une nouvelle ère pour l'étude de l'énergétique des technologies basées sur la théorie quantique, qui est un sujet au cœur des recherches de notre groupe. La gestion de la chaleur à l'échelle nanométrique est l'un des goulots d'étranglement fondamentaux pour une informatique plus rapide et plus efficace. Comprendre comment la thermodynamique peut être appliquée dans de tels environnements microscopiques est d'une importance primordiale pour les technologies futures."

L'expérience révolutionnaire a été réalisée par un groupe de recherche dirigé par le professeur Ferdinand Schmidt-Kaler et le Dr Ulrich Poschinger de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence, Allemagne.