La ricerca all'avanguardia sta svelando progressi straordinari nei motori termici a punti quantici, raggiungendo efficienze di conversione elettrica che superano i sistemi tradizionali basati sul calore. Introducendo calore da un transistor a punto quantico in uno stato non termico, gli scienziati hanno facilitato il movimento di elettroni ad alta energia su diversi micrometri verso un motore termico a punti quantici. Questo motore converte quindi il calore in elettricità attraverso effetti quantistici, dimostrando efficienze superiori rispetto ai metodi convenzionali.
Il team di ricerca ha impiegato un modello di Fermi binario per simulare la distribuzione elettronica non termica. Le loro scoperte confermano che questo approccio supera sia i limiti di efficienza di Carnot che quelli di Curzon-Ahlborn. Questi limiti rappresentano l'efficienza massima a picco di potenza per i motori convenzionali, evidenziando la natura innovativa di questa tecnologia basata sui quanti. L'implementazione sperimentale di un motore termico a punti quantici ha dimostrato un'efficienza vicina al limite di Curzon-Ahlborn alla massima potenza e un'efficienza superiore al 70% di quella di Carnot, il che rappresenta la prima conferma dell'uso di punti quantici in motori termici ad alta efficienza.
Questi progressi aprono le porte a una nuova era nell'elettronica a bassa potenza e nel calcolo quantistico. La capacità di riciclare direttamente il calore di scarto in energia utilizzabile offre un potenziale significativo per questi campi. Studi ulteriori hanno dimostrato motori termici a scambio di particelle che operano vicino ai limiti di efficienza termodinamica, con uno che supera il 70% dell'efficienza di Carnot mantenendo l'erogazione di potenza.
Un'altra indagine sui cicli quantistici di Carnot di motori termici microscopici ha rivelato che l'efficienza è influenzata dalle capacità termiche del serbatoio e dalla sostanza di lavoro. Questa ricerca suggerisce la possibilità di superare i limiti standard di Carnot senza risorse quantistiche aggiuntive. Questi progressi collettivi nei motori termici a punti quantici segnano un passo cruciale verso tecnologie di conversione energetica più efficienti.
La ricerca indica che i punti quantici possono fungere da filtri energetici quasi ideali, rendendoli interessanti per lo studio della conversione termo-elettrica dell'energia vicino ai limiti termodinamici. Lo sviluppo di tali sistemi porta alla creazione di motori termici ad alta efficienza, nonostante le loro piccole dimensioni, chiamati motori termici quantistici.