Een werkgroep van de Lehrstuhl für Theoretische Physik I aan de Universität Augsburg werkt aan het concept voor een elektromotor die werkt met slechts twee atomen. Ook op nanoschaal slagen ze er in om elektromagnetische energie om te zetten in mechanische arbeid.
In de nanowereld, op het niveau van aparte atomen, regeren niet de wetten van de klassieke fysica maar die van de kwantummechanica, waarbij de omzetting van elektrische energie in mechanische arbeid een uitdaging vormt. De uitdaging van een magnetisch aangedreven atoom-kwantummotor is ontstaan, nadat de onderzoekers twee atomen, een motoratoom en een startatoom, hadden ‘gevangen’ in een laserlichtring.
Richting is bepalend
Deze constructie wordt motor als motor- en startatoom elkaar treffen, daardoor in een elektromagnetische wisselwerking treden en de starter- het motor-atoom een ‘aanzet’ geeft.
Omdat het hier gaat om een wereld zonder wrijving is het van belang om het opgestarte motoratoom een bepaalde richting te geven, zodat de motor ook arbeid kan verrichten tegen een uitwendige kracht. Hiertoe moet de symmetrie in de tijdrichting worden gebroken, omdat anders de voorwaartse en achterwaartse beweging van het motoratoom in de laserlichtring dezelfde kans zouden hebben.
Om te zorgen dat het motoratoom ‘op koers’ blijft (steeds weer in de juiste richting terugkeert) is een specifieke, nauwkeurig afgestemde keuze van uitwendige elektrodynamische krachten nodig. Deze ’tuning’, die verkeerd draaien van het motoratoom in de ring verhindert, geeft de doorslag.
Eigenschappen
De kleinste motor ter wereld draait bij de afschakelen van de elektromagnetische aandrijving overigens vrolijk verder, omdat er in zijn tot op twee atomen begrensde kwantumwereld geen wrijving bestaat, waardoor hij zou stoppen.
Reparaties van dit type motor zullen wel het volledig nieuwe beroep van kwantumtechnicus noodzakelijk maken.
