日本國家科研機構理化學研究所（RIKEN）造出了一種同時既發熱又製冷的微觀引擎。這是第一個體現量子效應的設備，可用於改善納米技術。
傳統熱機和制冷機通過對兩缸液體周期循環實現不同的效應。壓縮一缸液體導致液體升溫；快速讓另一缸液體膨脹則導致它冷卻。通過周期性循環，兩缸液體交換能量，實現熱機或制冷機的效果。
這項研究的負責人日本理化學研究所高級設備實驗室的小野敬二（Keiji Ono，音譯）說，在宏觀層面造一個同時可以實現這兩種循環的機器是不可能完成的任務，當然也沒有用處。
但是在微觀世界，物理定律不一樣。微觀世界是量子學掌控的世界，和宏觀世界有着很多不同之處。比如一個電子可以同時出現在兩個位置，或同時具有兩個能量態。物理學家在構建新的理論框架，進行相應的實驗了解微觀系統的運作情況。近年來科學家造出不少微觀設備，比如基於單個原子的設備。
這份新研究在電晶體內使用一個電子製造量子版本的熱機。電子有兩個能量態。研究組通過施加電場或微波的方式增加或減少兩者間的能量差。
小野敬二說：「這就像密閉式內液體周期循環的膨脹和壓縮一樣。」當電子從高能態轉換到低能態的過程還會釋放微波。
通過監控電子處於哪個能量態，研究組先展示這種納米設備分別作為熱機和制冷機的效果。
接着，研究組展示了更奇特的現象：這個納米設備可以同時既制熱又製冷——正是量子效應的體現。研究人員通過探察電子處於不同能量態的特徵效應圖，證實了這種現象的存在。
小野敬二說：「實驗展示的特徵效應圖和理論預計的幾乎完全一樣。這意味着兩種模式操作之間可以快速切換，這在未來將具有創新的應用。」
這份研究近期發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。◇
