Pesquisas recentes revelam avanços significativos em motores de calor baseados em pontos quânticos, demonstrando eficiências de conversão elétrica que superam os sistemas tradicionais. Ao direcionar calor de um transistor de ponto quântico para um estado não térmico, cientistas facilitaram o movimento de elétrons de alta energia por vários micrômetros até um motor de calor de ponto quântico. Este motor, por sua vez, converte o calor em eletricidade através de efeitos quânticos, exibindo eficiências superiores aos métodos convencionais.
A equipe de pesquisa utilizou um modelo de Fermi binário para simular a distribuição de elétrons não térmicos, confirmando que essa abordagem supera os limites de eficiência de Carnot e Curzon-Ahlborn, que representam a máxima eficiência em potência de pico para motores convencionais. A implementação experimental de um motor de calor de ponto quântico demonstrou uma eficiência próxima ao limite de Curzon-Ahlborn na potência máxima e uma eficiência superior a 70% da eficiência de Carnot, o que é a primeira confirmação do uso de pontos quânticos em motores de calor de alta eficiência. Essa inovação em tecnologia baseada em quântica abre portas para uma nova era em eletrônicos de baixa potência e computação quântica, com o potencial de reciclar diretamente o calor residual em energia utilizável.
Estudos adicionais exploraram motores de calor por troca de partículas operando próximos aos limites de eficiência termodinâmica. Um desses motores superou 70% da eficiência de Carnot enquanto mantinha a saída de potência. Outra investigação sobre ciclos de Carnot quânticos em motores de calor microscópicos indicou que a eficiência é influenciada pelas capacidades de calor dos reservatórios e pela substância de trabalho, sugerindo a possibilidade de exceder os limites padrão de Carnot sem recursos quânticos adicionais.
Esses avanços coletivos em motores de calor de pontos quânticos marcam um passo crucial em direção a tecnologias de conversão de energia mais eficientes, superando os limites termodinâmicos tradicionais. Pesquisas exploram o uso de pontos quânticos em coletores de energia em nanoescala, convertendo calor em energia elétrica, com a promessa de eficiência aprimorada em comparação com motores padrão. A capacidade de operar perto dos limites de eficiência termodinâmica, como demonstrado em motores de troca de partículas baseados em pontos quânticos, destaca o potencial para futuras aplicações em fotovoltaicos de alta energia, resfriadores em chip e coletores de energia para tecnologias quânticas.