Motores cuánticos impulsados por corriente en el límite adiabático .

RAÚL A. BUSTOS MARÚN; GIL REFAEL; FELIX VON OPPEN

San Carlos de Bariloche

Congreso; 98ª Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina, Centro Atómico; 2013

Asociacíon Física Argentina

La cultura popular ha mostrado desde siempre una fascinación por las micro- y nano-máquinas. Sin embargo, no fue sino hasta principio del presente siglo, cuando las técnicas de miniaturización y de estudio de la nanoescala fueron perfeccionadas, que aparecieron los primeros experimentos concretos en dicha dirección. Uno de los primeros prototipos de nano-motores, elemento central de toda posible nano-máquina, fue presentado al mundo en 2003. El mismo consistió de hojas de oro montadas sobre nano-tubos de carbono de la pared múltiple y operaba gracias a la aplicación de corriente alterna. Sin embargo, su funcionamiento se basaba fundamentalmente en principios de la mecánica clásica. Es de esperar que al reducir la escala de tamaños aparezcan efectos mecano-cuánticos en estos dispositivos. De hecho, la idea de explotar la mecánica cuántica en el desarrollo de nano-motores ya fue estudiada para el caso de  átomos fríos confinados en  trampas ópticas e impulsados por corrientes alternas. En años más recienteshan habido otras propuestas de nano-motores impulsados por corriente continua lo cual facilitaría su diseño y operación. En este trabajo expondremos la teoría de tales motores cuánticos, demostrando que en el líımite adiabático siempre hay un proceso de bombeo cuántico oculto detrás de su funcionamiento. Para ello demostraremos que el trabajo realizado por ciclo puede ser expresado en términos de las características del bombeo cuántico asociado, discutiendo además en términos generales la eficiencia de dichos motores. Se mostrarán dos ejemplos de aplicación: uno basado en cavidades caóticas y el otro en el bombeo cuántico de Thouless. El primer caso es interesante per se, ya que es conocido el hecho de que el bombeo cuántico en cavidades caóticas solo es posible en el limite cuántico. Por otro lado, en el segundo caso demostraremos que bajo ciertas condiciones ser posible operar dichos motores con eficiencia uno, lo que implicaría que toda la energía de los electrones es transformada en movimiento del motor.