Forskning från University of Manchester har kastat nytt ljus över användningen av miniatyriserade "värmemotorer" som en dag kan hjälpa till att driva nanoskala -maskiner som kvantdatorer.

Värmemotorer är enheter som förvandlar värmeenergi till en användbar form som kallas "arbete" som kan ge kraft - precis som alla andra motorer.

Dr Ahsan Nazir, en universitetslektor och EPSRC -stipendiat baserad på Manchester's Photon Science Institute and School of Physics and Astronomy, ville se hur värmemotorer presterade på kvantnivå, en subatomär miljö där de klassiska fysikaliska lagarna inte alltid gäller.

Värmemotorer i denna skala kan hjälpa till att driva framtidens miniatyriserade nanoskala -maskiner, t.ex. komponenter i kvantdatorer.

Dr Nazirs forskning, publicerad i tidningen Fysisk granskning E , visade att värmemotorer var benägna att tappa prestanda i kvantskalan på grund av hur sådana enheter utbyter energi med externa värmebehållare - och mer undersökning skulle behövas för att åtgärda denna utmaning.

"Värmemotorer är enheter som gör termisk energi till en användbar form som kallas" arbete ", "förklarade Dr Nazir.

"Förutom att den är av enorm praktisk betydelse, den teoretiska förståelsen av faktorer som bestämmer deras energiomvandlingseffektivitet har möjliggjort en djup förståelse av termodynamikens klassiska lagar.

"Nyligen, mycket intresse har fokuserat på kvantförverkliganden av motorer för att avgöra om termodynamiska lagar också gäller kvantsystem.

"I de flesta fallen, dessa motorer förenklas med antagandet att interaktionen mellan arbetssystemet och värmebehållarna är försvinnande liten. På den klassiska makroskopiska skalan är detta antagande vanligtvis giltigt - men vi insåg att detta kanske inte är fallet eftersom systemstorleken minskar till kvantskalan.

"Konsensus om hur man ska närma sig termodynamik i denna så kallade starka kopplingsregim har ännu inte uppnåtts. Så vi föreslog en formalism som lämpar sig för att studera en kvantvärmemotor i regimen för icke-försvinnande interaktionsstyrka och tillämpa den på fallet av en fyrtakts Otto -cykel.

"Detta tillvägagångssätt tillät oss att genomföra en fullständig termodynamisk analys av energiutbytena runt cykeln för alla kopplingsstyrkor. Vi finner att motorns prestanda minskar när interaktionsstyrkan blir mer märkbar, och därmed utgör icke-försvinnande system-reservoarinteraktionsstyrkor en viktig övervägande vid driften av kvantmekaniska värmemotorer. "