Новый подход к физикам снижает потребление энергии для электроники и квантовых компьютеров
Использование квантовых состояний, которые избегают замедления до тепловой скорости, позволяет генераторам энергии превышать ограничения на законы термодинамики, такие как эффективность цикла Carno. Команда исследователей из Японии разработала новый подход, который использует неконтрактуальную жидкость Томо для превращения тепла отходов в электроэнергию с более высокой эффективностью, чем обычные методы. Эти результаты проводят путь к более продуктивной электронике и квантовым машинах.
Мы окружены теплом, генерируемым компьютерами, смартфонами, электростанциями и фабриками. Технологии сбора энергии могут превратить его в полезное электричество, снижая нашу зависимость от других источников энергии. Тем не менее, традиционные методы сбора энергии ограничены законами термодинамики. В системах, основанных на тепловом равновесии, эти законы налагают фундаментальные ограничения на эффективность преобразования тепла.
Исследовательская группа в Токийском научном институте нашла способ обойти это препятствие. Физики представили новый метод сбора энергии, который использует уникальные квантовые состояния для достижения эффективности, превышающих традиционные термодинамические ограничения. Вместо традиционных тепловых условий исследователи используют свойства нетермической жидкости томонаги. Это особый тип одной измерной электронной системы, которая из -за ее квантовой природы не замедляется до скорости тепла. Это означает, что при применении тепло, система сохраняет свое неметальное, высокое энергетическое состояние вместо равномерно распределения энергии, как в обычной тепловой системе, пишет Phys.
Ученые разработали эксперимент, который демонстрирует потенциал этой идеи. Они вставляют тепло отходов от транзистора с квантовой точкой — устройство, которое управляет потоком электронов — в термоэлектрической жидкости. Это немерное тепло переносили из нескольких микрометров в тепловой двигатель из квантовых точек — микроскопического устройства, которое преобразует тепло в электричество. Исследователи обнаружили, что этот нетрадиционный источник тепла производит значительно более высокое электрическое напряжение и достигает более высокой эффективности конверсии, значительно превосходящей традиционный квазиметровый источник тепла.
Впоследствии исследователи разработали модель, основанную на бинарном распределении ферм для описания неконтрактающих электронных условий в предлагаемой системе. Используя его, они показали, что их метод превосходит не только эффективность цикла Carno, который описывает соотношение между произведенным электричеством и выделяющимся теплом, но и эффективность цикла Curz-Alborn, который описывает эффективность максимальной выходной мощности обычных тепловых двигателей.
«Наши результаты показывают, что тепловые отходы квантовых компьютеров и электронных устройств могут быть преобразованы в полезную энергию с помощью высокоэффективного сбора энергии».
говорит Тошимас Фудзисава, глава исследовательской группы.
