Bước tiến bộ khoa học kỹ thuật có thể làm thay đổi nhu cầu nhiên liệu hóa học truyền thống trên hành tinh. Một nhóm kỹ sư Úc đã phát triển thành công loại động cơ nhiệt chạy bằng ánh sáng, một phát minh đột phá không chỉ mở ra tiềm năng khai thác năng lượng mới mà còn thách thức những định luật cơ bản của nhiệt động lực học như chúng ta vẫn biết.
Thay vì đốt nhiên liệu, động cơ này vận hành nhờ một hạt nano vàng siêu nhỏ lơ lửng trong nước. Khi tia laser chiếu vào, hạt nano không chỉ nóng lên mà còn trải qua một tương tác phức tạp với các hạt photon ánh sáng, tạo ra một lực đẩy trực tiếp. Các kỹ sư đã tài tình điều chỉnh cường độ và phân cực của ánh sáng laser để kiểm soát chính xác hướng chuyển động của hạt nano, biến năng lượng ánh sáng thành chuyển động cơ học có thể điều khiển.
Phát minh "Viết lại" định luật nhiệt động lực học
Điều khiến phát minh này trở nên đặc biệt đáng chú ý là nó dường như đi ngược lại định luật thứ hai của nhiệt động lực học ở quy mô nano. Định luật này khẳng định rằng thuyết entropy (sự hỗn loạn) trong một hệ kín luôn có xu hướng tăng lên, và không thể trích xuất công có ích từ một hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt. Tuy nhiên, động cơ ánh sáng này dường như tạo ra chuyển động có hướng (sinh công) từ một hệ thống dường như đang ở trạng thái cân bằng (hạt nano lơ lửng trong môi trường đồng nhất), chỉ thông qua tương tác với ánh sáng. Đây không chỉ là một tấm pin mặt trời; nó là một động cơ được điều khiển bởi chính ánh sáng.
Tiềm năng ứng dụng và thách thức:
Với khả năng hấp thụ và chuyển đổi photon trực tiếp thành chuyển động mà không cần nhiên liệu hay bộ trao đổi nhiệt, động cơ này mở ra vô vàn ứng dụng đột phá. Chúng ta có thể hình dung ra nguồn năng lượng siêu nhỏ cho các thiết bị nano, robot siêu nhỏ, cảm biến, hoặc thậm chí là trong y sinh học để phân phối thuốc nhắm mục tiêu. Nó còn hứa hẹn một kỷ nguyên mới cho công nghệ quang điện tử, chuyển đổi ánh sáng thành cơ năng hiệu quả hơn, và là nền tảng thực nghiệm độc đáo để nghiên cứu cơ bản về nhiệt động lực học ở quy mô lượng tử, dẫn đến những hiểu biết sâu sắc hơn về bản chất của nhiệt, công và entropy. Khả năng điều khiển chuyển động của các hạt nano bằng ánh sáng cũng mở ra hướng phát triển hệ thống làm mát và bơm nano siêu nhỏ và hiệu quả.
Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn sơ khai với những thách thức lớn. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng còn thấp, và việc mở rộng quy mô hệ thống là một trở ngại kỹ thuật đáng kể. Việc hiểu rõ hơn về các cơ chế lượng tử đằng sau hiện tượng này cũng đòi hỏi nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chuyên sâu.
Dẫu vậy, phát minh này là một bước tiến đầy hứa hẹn, chứng minh rằng ở quy mô nano, những quy tắc vật lý quen thuộc của thế giới vĩ mô có thể biểu hiện theo những cách bất ngờ và thú vị. Một thế giới được cung cấp năng lượng bằng ánh sáng thuần túy có thể không còn xa vời nữa.
