Нові дослідження демонструють значний прогрес у розробці теплових двигунів на основі квантових точок, які досягають вищої ефективності електричної конверсії порівняно з традиційними системами.
Вчені досягли цього, вводячи тепло з транзистора з квантовою точкою контакту в нетепловий стан. Це сприяло руху високоенергетичних електронів на кілька мікрометрів до теплового двигуна на квантовій точці. Цей двигун потім перетворює тепло в електрику за допомогою квантових ефектів, демонструючи вищу ефективність порівняно з традиційними методами. Дослідницька група використала бінарну модель Фермі для моделювання нетеплового розподілу електронів. Їхні висновки підтверджують, що цей підхід перевершує як межі ефективності Карно, так і Курзона-Ейльборна. Ці межі представляють максимальну ефективність при піковій потужності для традиційних двигунів, підкреслюючи інноваційний характер цієї квантової технології. Експериментальна реалізація теплового двигуна на квантових точках продемонструвала ефективність, близьку до межі Курзона-Ейльборна при максимальній потужності, та ефективність, що перевищує 70% від ефективності Карно, що є першим підтвердженням використання квантових точок у високоефективних теплових двигунах.
Ці прориви відкривають шлях до нової ери в низькопотужній електроніці та квантових обчисленнях. Здатність безпосередньо переробляти відпрацьоване тепло на корисну енергію пропонує значний потенціал для цих галузей. Подальші дослідження продемонстрували теплові двигуни з обміном частинками, що працюють поблизу термодинамічних меж ефективності, причому один перевищує 70% ефективності Карно при збереженні вихідної потужності. Інше дослідження квантових циклів Карно мікроскопічних теплових двигунів виявило, що ефективність залежить від теплоємностей резервуарів та робочої речовини. Це дослідження передбачає можливість перевищення стандартних меж Карно без додаткових квантових ресурсів.
Дослідження показують, що квантові точки можуть слугувати майже ідеальними енергетичними фільтрами, що робить їх цікавими для вивчення термоелектричного перетворення енергії поблизу термодинамічних меж. Розробка таких систем веде до створення теплових двигунів з високою ефективністю, незважаючи на їх малий розмір, які називаються квантовими тепловими двигунами.
Ці колективні досягнення в теплових двигунах на квантових точках знаменують собою вирішальний крок до більш ефективних технологій перетворення енергії. Дослідження показали, що ефективність теплових двигунів на квантових точках може наближатися до максимальної допустимої ефективності Карно.