Голландцы построили микрометровый тепловой двигатель

Тепловая машина с рабочим объемом всего 0,34 кубических микрометра, возможно, — самое маленькое в мире устройство, превращающее тепловую энергию в механическую. Любопытно, рабочее тело в данном аппарате — это кремний.

Окрашенная фотография микроскопического двигателя. Амплитуда колебаний консоли — преувеличена для наглядности (иллюстрация P. G. Steeneken, et al.)

Исследователи из компании NXP Semiconductors вырезали из кристалла кремния подвижную деталь, соединённую с остальной схемой двумя тонкими балками. Когда на одну из них поступает постоянный ток в 1,2 миллиампера, та нагревается и от тепла расширяется, сдвигая в сторону всю консоль (резонирующую массу).

Но вследствие пьезорезистивного эффекта, как только балка-двигатель расширяется, сопротивление её падает, как и омический нагрев. Балка охлаждается и снова сокращается. Так консоль приходит в колебательное движение при подаче постоянного тока. «Поскольку размеры кристалла малы, частота этих колебаний велика — 1,3 мегагерца», — информирует PhysOrg.com.

Снимок двигателя (внизу) и его основные части, а также схема подключения питания (иллюстрация P. G. Steeneken, et al.).

Авторы крошечной машины объясняют, что она относится к тепловым, хотя в роли поставщика энергии и выступает электричество. Но ток сначала обращается в тепло, а уже оно — в механическую работу.

Выбор в роли рабочего тела кремния (вместо привычных для тепловых двигателей газов или жидкостей) — не только необычен, но и перспективен. Столь крохотные кремниевые движки можно изготавливать так же, как микросхемы, и заставлять их приводить в движение какие-либо микромеханические устройства. (Подробности работы можно найти в статье в Nature Physics.)