Создан квантовый тепловой транзистор, который позволяет управлять потоком тепла
Такой тепловой транзистор может найти применение в технологиях сбора тепловой энергии, которая обычно выбрасывается в окружающую среду при работе тепловых электростанций и других энергетических систем. В настоящее время существуют методы сбора такой тепловой энергии, но они не отличаются высокой эффективностью, так как их компоненты не могут обеспечить передачу и усиление тепловой энергии так, как это может сделать новый транзистор.
"Для управления электрическим током используются диоды, транзисторы, усилители и другие компоненты, объединяемые в сложные электронные схемы" - рассказывает Карл Жульен (Karl Joulain), ведущий исследователь, - "Теперь мы можем сделать нечто подобное и с тепловыми потоками. На базе новых тепловых элементов мы можем создать тепловые логические элементы, которые позволят управлять, включать и отключать, усиливать и модулировать потоки тепла с целью высокоэффективного сбора вторичного тепла, которое в большинстве случаев теряется безвозвратно".
Следует отметить, что новый транзистор является далеко не первым устройством для управления потоком тепла, но он первый в своем роде, в структуре которого были использованы квантовые компоненты. Другие тепловые приборы, диоды и транзисторы, обычно изготавливались на базе макро- и метаматериалов на основе сплавов металлов, производство которых является весьма энергоемким и дорогостоящим.
С точки зрения функциональной структуры квантовый тепловой транзистор состоит из трех систем, способных находиться в двух стабильных состояниях. Другими словами, текущее состояние этих трех систем определяет включенное или выключенное состояние транзистора. А с физической точки зрения этим состояниям соответствуют состояния квантовых систем, проявляющиеся в виде направления вращения их компонентов. Каждая из трех систем может в какой-то степени контролировать проходящий поток тепла, а их синхронная работа позволяет управлять потоком тепла, текущего через весь транзистор.
Пока еще теоретически исследователи показали, что при помощи нового теплового транзистора можно не только разрешать и прерывать движение теплового потока. Комбинируя различные состояния трех систем транзистора, можно добиться даже усиления теплового потока или его модуляции сигналом, подаваемым извне. В будущем такие транзисторы могут стать основой сложных схем, изготовленных из квантовых объектов, по проводникам которых будут циркулировать потоки тепловой энергии. А собственно квантовые объекты могут представлять собой металлические наночастицы с включенными в них квантовыми точками.
"В наших дальнейших планах стоят исследования, целью которых является дальнейшая оптимизации структуры теплового устройства" - рассказывает Карл Жульен, - "И, естественно, большое внимание мы уделим поиску областей практического применения для разработанного нами транзистора и других сопутствующих вещей"