Một phân tử hydrogen có thể dùng để “đẩy” một vật nặng hơn nó nhiều. Đó là theo lời của các nhà nghiên cứu ở Đức và Tây Ban Nha, những người đã sử dụng một hiện tượng gọi là cộng hưởng ngẫu nhiên để trích năng lượng có ích ra từ “nhiễu”. Thí nghiệm của họ sử dụng một đầu nhọn kính hiển vi lực nguyên tử gắn trên một cần chìa ra dễ uốn, giống lò xo và các quá trình có thể được khai thác để cấp năng lượng cho những cỗ máy cỡ nano – hay thậm chí những dụng cụ lớn hơn nhiều.
Sự cộng hưởng lạnh – hay ngẫu nhiên – đã được biết rõ ở nhiều hệ phức tạp, nhất là ở những sinh vật sống, và là nguyên nhân gây ra các quá trình như bơm năng lượng. Nó cho phép những tín hiệu tuần hoàn yếu được tăng cường bởi những tín hiệu nhiễu xung quanh phát sinh từ các thăng giáng ngẫu nhiên trong hệ. Những thăng giáng có mặt khắp nơi này có thể là do sự biến thiên nhiệt độ hoặc do sự chuyển động của các electron và photon. Sự cộng hưởng xảy ra khi các cực đại ngẫu nhiên trong tín hiệu nhiễu trùng với các cực đại đều đặn trong tín hiệu tuần hoàn.
Các nhà khoa học muốn bắt chước khả năng này của tự nhiên để khai thác năng lượng từ sự nhiễu ngẫu nhiên. Nay Jose Ignacio Pascual và các đồng sự tại trường Đại học Berlin và trung tâm CIC nanoGUNE ở San Sebastian vừa tiến thêm một bước hướng đến mục tiêu này với việc chứng minh rằng chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử hydrogen đang dao động có thể dùng để di chuyển một cái cần cơ học.
Chuyển động phối hợp của một đầu nhọn dao động (hệ chuyển động tuần hoàn) và một phân tử hydrogen chuyển qua lại giữa hai vị trí (thăng giáng nhiễu). Khi đầu nhọn đi tới phân tử (màu đỏ) thì phân tử đang chuyển động ngẫu nhiên có xu hướng mất nhiều thời gian hơn trong vị thế đẩy đầu nhọn lên trên. Với vị trí đầu nhọn ở cao hơn, phân tử nhiễu chuyển sang một dạng (màu xanh) ảnh hưởng đến đầu nhọn ít hơn. Lực biến đổi tuần hoàn tác dụng lên đầu nhọn gây ra chuyển động của nó. (Ảnh: J I Pascual)
Các nhà nghiên cứu sử dụng bộ cảm biến của một kính hiển vi lực nguyên tử - một đầu nhọn gắn trên một cái cần chìa ra uốn dẻo, giống lò xo, làm bằng thạch anh. Sau đó họ bẫy một phân tử hydrogen giữa đầu nhọn đó và một bề mặt bằng đồng. Một điện áp nhỏ (khoảng 0,1 V) được đặt vào giữa đầu nhọn và mặt đồng làm cho nguyên tử hydrogen chuyển qua chuyển lại ngẫu nhiên giữa hai trạng thái vị trí và cái cần chìa ra bắt đầu dao động.
“Chúng tôi tin rằng cái cần chìa ra chuyển động là do sự cộng hưởng ngẫu nhiên, nó sử dụng chuyển động phối hợp của các thăng giáng hydrogen ngẫu nhiên và chuyển động tuần hoàn đã biết rõ của dao động tử cơ, để khuếch đại sự truyền năng lượng từ phân tử hydrogen sang dao động tử,” Pascual nói. “Chuyển động ngẫu nhiên của phân tử hydrogen tác dụng những lực hiệu dụng cỡ nano lên đầu nhọn hiển vi, do đó làm cho nó dao động.”
Trong những thí nghiệm này, phân tử hydrogen được làm cho chuyển động bằng cách thiết lập một điện áp, Pascual nói. “Tuy nhiên, không thể nói rằng hiệu ứng không thể xảy ra với các thăng giáng phân tử do những nguồn năng lượng khác, ví dụ như ánh sáng chẳng hạn.”
Theo đội nghiên cứu, các quá trình đã quan sát có thể khai thác để hỗ trợ thiết kế các động cơ phân tử nhân tạo. “Năng lượng từ môi trường nhiễu có thể được trích xuất để điều khiển chuyển động quay của động cơ, chẳng hạn,” phát biểu của Felix van Oppen, người chịu trách nhiệm phát triển các mô hình lí thuyết để giúp giải thích các kết quả thực nghiệm trên.
“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy phân tử nhỏ nhất có thể có, hydrogen, có khả năng “đẩy” một dao động tử lớn hơn nó 1019 lần,” Pascual nói. “Đây là một kết quả sẽ khích lệ chúng tôi tìm kiếm những nguồn nhiễu phân tử khác, ví dụ như các thăng giáng điện hoặc từ, chúng có thể đưa đến sự truyền năng lượng hiệu quả hơn sang một dao động tử cơ.”
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: physicsworld.com
