SCIENCES.ENERGIES.ENVIRONNEMENT/LE MONDE SELON LA PHYSIQUE /20189 week 52,2

Puisque j ai la chance de recevoir journellement  les découvertes sdintifisiques  recensées  par NEWSPAPER SCIENCE X   j 'ai  le plaisir de les remercier et de leur souhaiter   BONNE ANNEE  ainsi bien entendu qu 'à tous mes lecteurs  ( et qui par les recensements de GOOGLE/BLOGGER    proviennent à mon étonnement du Monde entier ,  Chine exceptée)
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La dernière traduction  de l annéé 2019  vous est proposée  dans la suite
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The experimental demonstration of a spin quantum heat engine
Démonstration expérimentale d'un moteur thermique quantique à spin
par Ingrid Fadelli, Phys.org




Crédit: Peterson et al.
La notion théorique de «moteur thermique quantique» existe depuis plusieurs décennies. Elle a été introduite  pour la première fois il y a une soixantaine d'années par Scovil et Schulz-DuBois, deux physiciens des Bell Labs qui ont établi une analogie entre les masers à trois niveaux et les machines thermiques.


Dans les années qui ont suivi, d'autres chercheurs ont développé une variété de théories s'appuyant sur les idées de Scovil et Schulz-DuBois, introduisant des propositions de cycles thermodynamiques à l'échelle quantique. Très récemment, les physiciens ont commencé à tester certaines de ces théories en milieu expérimental.

L'une de ces expériences a été réalisée par une équipe de chercheurs de l'Université de Waterloo, de l'Universidade Federal do ABC et du Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, qui ont réussi à faire la démonstration d'un moteur thermique quantique à rotation en laboratoire. Leur article, publié dans Physics Review Letters, décrit la mise en œuvre d'un moteur thermique basé sur un système de spin 1/2 et des techniques de résonance magnétique nucléaire.

"La soi-disant" thermodynamique quantique "est actuellement en cours de développement", a déclaré à Phys.org Roberto Serra, l'un des chercheurs qui a réalisé l'étude. "Ce domaine émergent est également associé aux développements de la technologie quantique, qui promet une sorte de nouvelle révolution industrielle à l'échelle nanométrique avec des dispositifs perturbateurs pour le calcul, la communication, les capteurs, etc."

Dans leur expérience, Serra et ses collègues ont réussi à mettre en œuvre un moteur thermique quantique  en tant que  preuve de principe utilisant un spin nucléaire placé dans une molécule de chloroforme et des techniques de résonance magnétique nucléaire. Les chercheurs ont spécifiquement manipulé le spin nucléaire d'un isotope au carbone 13 à l'aide d'un champ radiofréquence, produisant finalement un cycle d'Otto (c'est-à-dire le cycle thermodynamique utilisé dans la plupart des moteurs courants).

"La différence d'énergie entre les deux états possibles de spin nucléaire (disons de haut en bas) a été augmentée et diminuée de la même manière qu'une expansion et une compression de piston dans un moteur de voiture", a expliqué Serra. "Dans certaines conditions, les spins nucléaires de la molécule peuvent absorber et/ou  libérer de la chaleur de / vers les ondes radio."

Les fluctuations énergétiques jouent un rôle crucial dans le scénario quantique sur lequel Serra et ses collègues se sont concentrés. La mesure de ces fluctuations dans un cycle thermodynamique, cependant, est une tâche extrêmement difficile, que les chercheurs ont étonnamment pu accomplir. Ils ont constaté que lors de l'exécution d'un cycle Otto quantique à puissance maximale, leur moteur thermique quantique pouvait atteindre une efficacité d'extraction de travail de η≈42%, ce qui est très proche de sa limite thermodynamique (η = 44%).

"Dans la présente expérience, nous avons pu caractériser toutes les fluctuations énergétiques du travail et de la chaleur, en plus de l'irréversibilité à l'échelle quantique", a déclaré John Physerson, l'un des co-auteurs de l'étude, à Phys.org. "Le fonctionnement rapide de notre machine moléculaire produit des transitions entre les états d'énergie de spin, qui sont liés à ce que nous appelons le" frottement quantique "qui réduit les performances. Ce type de frottement est également associé à une augmentation de l'entropie. Un  fonctionnement lent (qui diminue le frottement quantique) ne fournira pas une quantité considérable de puissance extraite. Ainsi, le meilleur scénario est de concilier une certaine quantité de puissance avec de faibles niveaux de frottement quantique ou de production d'entropie, de la même manière que ce que réalise  l'ingénierie moderne dans  les moteurs de voitures. "

L'étude réalisée par Serra et ses collègues est parmi les premières à démontrer expérimentalement un moteur thermique quantique à rotation comme  preuve de concept. Ce moteur thermique de preuve de concept pourrait à terme éclairer de futures études explorant le fonctionnement et le potentiel des machines thermiques quantiques.

"Dans notre expérience, le minuscule moteur à rotation atteint une efficacité proche de sa limite thermodynamique à puissance maximale, ce qui est bien meilleur que ce que les moteurs de voitures peuvent faire de nos jours", a déclaré Serra. "Le moteur de spin quantique ne serait pas très utile dans la pratique car le travail produit fournirait une très petite quantité d'énergie aux ondes radio. Il ne suffirait que d pour modifier un autre spin nucléaire. Nous sommes plus intéressés à mesurer la quantité d'énergie qu'il utilise , la quantité de chaleur qu'elle dissipe et la quantité d'entropie produite pendant le fonctionnement. "

Dans leurs futurs travaux, Serra et ses collègues espèrent également identifier des moyens d'optimiser le fonctionnement de petites machines thermiques quantiques, démontrant leur efficacité dans des expériences réelles. Cela pourrait finalement aider à construire des réfrigérateurs quantiques plus avancés qui pourraient être mis en œuvre dans de nouveaux ordinateurs quantiques.
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Researchers measure quantum power increase in quantum boost engine for the first time
More information: John P. S. Peterson et al. Experimental Characterization of a Spin Quantum Heat Engine, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.240601
Journal information: Physical Review Letters
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  MON COMMENTAIRE
 Je suis franchement étonné de cette utilisation de   lénergie tirable de  la duifference +1/2  , -1/2 ..... ETt j oserais presque dire   qu il s agit  , avec ces micromoteurs quantiques  d e  l' utilisation du principe thermodynamique de CARNOT    à l l 'échelle quantique ....J'attends la suite de ces manips avec plaisir et curiosité!!!