跳动城乡网得益于像人体细胞一样小的纳米级设备，研究人员可以创造突破性的材料特性，从而制造出更小、更快、更节能的电子产品。然而，要充分发挥纳米技术的潜力，解决噪音问题至关重要。
瑞典查尔姆斯理工大学的一个研究小组在解开噪声的根本限制方面迈出了重要一步，为未来的纳米电子学铺平了道路。
纳米技术发展迅速，引起了通信和能源生产等行业的广泛关注。纳米级(相当于百万分之一毫米)的粒子遵循量子力学定律。通过利用这些特性，可以设计出具有增强的导电性、磁性和能源效率的材料。
查尔姆斯大学应用量子物理学教授 Janine Splettstösser 表示：“今天，我们见证了纳米技术的切实影响——纳米级设备是更快技术的要素，纳米结构使发电材料更加高效。”
比人体细胞还小的设备可解锁新颖的电子和热电特性
为了将电荷和能量流控制到单电子水平，研究人员使用了所谓的纳米级设备，即比人体细胞还小的系统。这些纳米电子系统可以充当“微型引擎” ，利用量子力学特性执行特定任务。
“在纳米尺度上，设备可以具有全新的、理想的特性。这些设备比人体细胞小一百到一万倍，可以设计出高效的能量转换过程，”查尔姆斯理工大学应用量子物理学博士生 Ludovico Tesser 说道。
应对纳米噪声：一项关键挑战
然而，噪声是推进这项纳米技术研究的一大障碍。这种干扰性噪声是由设备内的电荷波动和热效应产生的，会妨碍精确可靠的性能。尽管研究人员付出了巨大的努力，但他们仍未发现在不妨碍能量转换的情况下可以消除这种噪声到何种程度，我们对其机制的理解仍然有限。但现在，查尔姆斯理工大学的一个研究小组成功地朝着正确的方向迈出了重要的一步。
在他们作为编辑建议发表在《物理评论快报》上的研究《非平衡涨落耗散界限》中，他们研究了纳米级的热电热机。这些专用设备旨在控制废热并将其转化为电能。
Splettstösser 教授表示：“所有电子设备都会发热，最近人们付出了很多努力来研究如何在纳米级将这种热量转化为有用的能量。微型热电热机利用量子力学特性和非热效应，就像微型发电厂一样，可以将热量转化为电能，而不是浪费掉。”
平衡纳米级热机的噪音和功率
然而，纳米级热电热机在温差较大的情况下工作效果更好。这些温度变化使得研究人员面临的本已颇具挑战性的噪声问题更加难以研究和理解。但现在，查尔姆斯大学的研究人员已经成功揭示了热电热机中噪声和功率之间的关键权衡。
“我们可以证明，噪音存在一个根本性的制约因素，直接影响&luo;发动机&ruo;的性能。例如，我们不仅可以看到，如果希望设备产生很大的功率，就需要容忍更高的噪音水平，而且还可以看到确切的噪音量，”Ludovico Tesser 说。
“它阐明了一种权衡关系，即从这些纳米级发动机中提取特定量的能量需要承受多少噪音。我们希望这些发现可以作为未来设计高精度纳米级热电设备的指导方。”
