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2017年5月27日 (土)

熱ノイズを選り分けて電流を流すことに成功~マクスウェルの悪魔による発電~

2017年5月16日
NTT持株会社ニュースリリース
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 日本電信電話株式会社(以下 NTT)は、
トランジスタ※1内でランダムな
方向に動く電子(熱ノイズ)を観測し、
一方向に動く電子のみを選り分けることで
電流を流し、電力を発生することに
成功しました。
 
 これは、熱力学分野で長年パラドックス
として議論されていた
マクスウェルの悪魔※2の原理を利用する
ことで実現したものです。
 
 熱ノイズは無秩序な電子の動きであり、
電子の動きを平均化すると、どの方向にも
動いていません。
 
 一方、電流は一定の方向への
電子の流れです。
 
 通常、外部電源などを用いず、
無秩序な熱ノイズから、電流という
秩序性を持った動きを生み出すことは
不可能です。
 
 しかし、もし個々の電子の動きを
観測し一定の方向に動く電子のみ
選び出すことができれば、電流を生成する
ことができるはずです。
 
 この、電子を選び出す作業をするのが
「マクスウェルの悪魔」と
呼ばれるもので、150年以上前に
思考実験として提案されました。
 
 しかし、実際に「マクスウェルの悪魔」
を実現することは困難であり、
これまでの実験は基本的な原理実証に
留まっていました。
 
 NTTは、トランジスタ内の電子一個の
動きを観測し、その結果に基づいて
トランジスタを操作する技術を用いること
により、電流を生成することに
成功しました。
 
 これにより、初めて
「マクスウェルの悪魔」を利用した
熱ノイズからの電力の生成が
実現できました。
 
 ここで得られた知見は、電子デバイスの
消費電力の下限や、生体中の微小な熱機関
におけるエネルギー変換効率と
深く関係しており、これを利用すること
により、新たな高効率デバイスの創生に
繋がると期待されます。
 
 この成果は、2017年5月16日
(英国時間)に英国科学誌
「ネイチャー・コミュニケーションズ
(Nature Communications)」
オンライン版で公開されます。
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 「マクスウェルの悪魔」ね~
聞いたことがあるような?
 
 
 
>今回、NTTは、ナノメートルスケールの
>シリコントランジスタから成る
>単電子デバイス※4(図1)を用いて、
>熱ノイズから電流を生成することに
>成功しました。
 
>生成された電流を使って、
>別のデバイスを駆動することが可能
>であり、マクスウェルの悪魔の原理を
>利用した発電が実現できたといえます。
 
>ここで得られた知見は、電子デバイスの
>消費電力の下限や、
>分子モーター※5などの
>生体中の微小な熱機関における
>エネルギー変換効率と深く関係して
>います。
 
>分子モーターではマクスウェルの悪魔が
>活躍しており、熱ノイズの
>ランダムな運動を利用しながら
>適切なタイミングで動作し、
>高いエネルギー変換効率を実現している
>と考えられています。
 
>電子デバイスにおいても、
>生体の仕組みを利用した、
>高効率な動作の実現を目指します。
 
 
 すごいですね。
 今後の進展に大いに期待したい。

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