مهندسین ژاپنی، نانوماشین چندمنظوره‌ای ساخته‌اند که می‌تواند به‌طور هم‌زمان، به‌عنوان یک موتور گرمایشی و یک یخچال عمل نماید. این فناوری که دقیقاً مبتنی بر اثرات کوانتومی است، در کوتاه‌مدت چشم‌اندازی از کوانتوم و قابلیت کنترل ذرات و عملکردهای آن‌ها در اختیار محققین قرار می‌دهد. با این وجود، فناوری مذکور در بلندمدت نیز، ‌می‌تواند با کاربردهای نوینی روبرو شده که کارکرد دوگانه گرمایشی و سرمایشی را به صورت همزمان فراهم ساخته و یا امکان تغییر سریع حالت عملکرد ماشین را فراهم ‌نماید.

موتورهای گرمایشی و سردکننده‌های معمول، با اتصال دو محفظه سیال کار می‌کنند؛ فشرده‌سازی یکی از آن‌ها، باعث گرم شدن سیال شده و انبساط سریع دیگری، خنک‌سازی سیال را در پی دارد. حال تصور کنید که این فرایندها در یک زنجیره و به صورت چرخه‌ای انجام گیرد. در این حالت، تبادل انرژی بین دو محفظه انجام گرفته و می‌توان از سیستم به‌عنوان یک موتور گرمایشی یا یخچال استفاده کرد. طبیعتاً در مقیاس‌های فعلی، نمی‌توان هر دو کارکرد را به‌طور هم‌زمان دریافت کرد. کیجی اونو (Keiji Ono)، از آزمایشگاه دستگاه‌های پیشرفته ریکن در این خصوص می‌گوید: «ترکیب یک موتور حرارتی سنتی با یک یخچال، یک ماشین کاملاً بی‌فایده ایجاد می‌کند». با این حال، زمانی که شما مقیاس‌ها را کوچک‌تر می‌کنید، همه چیز متفاوت می‌شود و این همان چیزی است که مهندسین ریکن بر آن متمرکز شده‌اند.

فیزیکدانان، دستگاه‌های کوچکی توسعه داده‌اند که گاهی در مقیاس اتم‌ها می‌باشند. در این مقیاس‌های کوچک، آن‌ها بایستی نظریه کوانتوم را در نظر بگیرند، مجموعه‌ای عجیب از قوانین که برای مثال، یک الکترون می‌تواند هم‌زمان در دو مکان وجود داشته باشد یا دارای دو سطح انرژی متفاوت باشد. فیزیکدانان چارچوب‌های تئوریک جدید و آزمایشاتی انجام داده‌اند که چطور این سیستم‌ها عمل می‌کنند. دستگاه توسعه یافته توسط مهندسین ژاپنی، یکی از اولین نمونه‌هایی است که می‌تواند نحوه اثرگذاری کوانتوم را تست نموده و کنترل رفتار ذرات در کوچک‌ترین ابعاد ممکن و افزایش عملکرد فناوری‌های نانویی را به دنبال داشته باشد.

نسخه کوانتومی موتور گرمایی، از یک الکترون در ترانزیستور استفاده می‌کند. الکترون دارای دو حالت انرژی بوده و محققین می‌توانند با استفاده از یک میدان الکتریکی و امواج ماکروویو، فاصله بین حالت‌های انرژی را افزایش یا کاهش دهند.

گفتنی است که نوآوری این نانوماشین، از دو جنبه حائز اهمیت است؛ از یک‌سو، ساختار نانویی ابداعی با نظارت بر اشغال سطح بالا یا پایین انرژی، می‌تواند به‌عنوان یک موتور گرمایشی یا سردکننده عمل کند. از سوی دیگر، نانوماشین می‌تواند به‌طور هم‌زمان هر دو کارکرد را داشته باشد، یک اثر کوانتومی ناشی از الگوی تداخل که به دلیل جابجایی سریع بین دو حالت رخ می‌دهد. این توانایی خارق‌العاده می‌تواند ایجاد سیستم‌هایی با کارکرد دوگانه گرمایشی و سرمایشی را در آینده محقق سازد که انقلابی در صنایع مختلف پدید خواهد آورد.

مرجع: «Nanowerk»