Phoenix Science and Technology News Pekingského času 1. augusta, Science Daily oznámil, že podľa novej teórie, ktorú navrhli výskumníci z Massachusettského technologického inštitútu v Spojených štátoch, by sa raz mohli použiť magnetické nálepky na chladničku zhromaždené na povrchu chladničky. ako chladivo. Táto teória popisuje pohyb magnónov, ktoré sú kvázičasticami magnetov a kolektívnymi rotáciami magnetických momentov, čiže „točením“. Okrem magnetického momentu vedú magnóny aj teplo. Pomocou ich navrhovanej rovnice vedci z MIT zistili, že keď sú vystavené gradientom magnetického poľa, magnóny sa môžu prenášať z jedného konca magnetu na druhý, prenášať teplo a vytvárať chladiaci efekt. .
Nová teória predpovedá, že magnety by mohli pôsobiť ako bezdrôtové chladivá
"Môžete čerpať teplo z jedného konca na druhý, takže v podstate môžete použiť magnet ako chladničku," hovorí Bolin Liao, postgraduálny študent na strojárskej škole MIT. "Môžete si predstaviť aplikačný scenár bezdrôtového chladenia, ako je pridanie magnetického poľa k magnetu jeden alebo dva metre od počítača, aby sa počítač ochladil."
Teoreticky by chladnička poháňaná magnetickým poľom nevyžadovala žiadne pohyblivé časti, na rozdiel od bežných chladničiek, ktoré na chladenie vyžadujú nasávanie tekutiny cez sériu rúrok. Liao a ďalší postgraduálny študent Jiawei Zhou a Gang Chen, dekan Strojníckej fakulty MIT, publikovali článok o teórii chladenia magnetónu v časopise Physical Review Letters.
"Teraz majú ľudia novú teóriu na štúdium toho, ako sa magnóny pohybujú pod koexistujúcimi poľami a teplotnými gradientmi," povedal Liao. "Tieto rovnice sú základom pre transport magnónov."
chladivý efekt
Vo feromagnetickej látke sa lokalizované magnetické momenty môžu otáčať a vyrovnávať v rôznych smeroch. Pri absolútnej nule sa lokálne magnetické momenty zosúladia tak, aby vytvorili najsilnejšiu magnetickú silu v magnete. Ako sa teplota postupne zvyšuje, magnet sa stáva slabším a slabším, pretože stále viac lokalizovaných magnetických momentov sa otáča preč od zarovnávacej čiary a zvyšujúca sa teplota vytvára magnetickú podmnožinu.
Magnóny sú v mnohých ohľadoch podobné elektrónom v tom, že prenášajú elektrinu a vedú teplo. Elektróny reagujú na elektrické polia alebo teplotné gradienty – jav známy ako termoelektrický efekt. V posledných rokoch vedci skúmali rôzne aplikácie tohto efektu, ako sú termoelektrické generátory, ktoré dokážu premeniť teplo priamo na elektrinu alebo dosiahnuť chladiaci efekt bez akýchkoľvek pohyblivých častí.
Liao a jeho kolegovia identifikovali podobný "spojovací" efekt v magnónoch, ktoré reagujú na dve sily: teplotné gradienty alebo magnetické polia. Keďže magnóny a elektróny sa v tomto ohľade správajú veľmi podobne, výskumníci navrhli teóriu transportu magnónov založenú na Boltzmannovej transportnej rovnici, široko akceptovanej rovnici transportu elektrónov v termoelektrike.
Na základe odvodenia tejto rovnice Liao, Zhou a Chen navrhli dve nové rovnice na opis transportu magnónov. Pomocou týchto nových rovníc predpovedali nový magnónový chladiaci efekt, podobný termoelektrickému chladiacemu efektu, pri ktorom magnóny prenášajú teplo z jedného konca magnetu na druhý pod gradientmi magnetického poľa.
stimulovať nové experimenty
Liao použil vlastnosti bežných izolátorov magnetického poľa na modelovanie toho, ako funguje chladiaci efekt magnónov v existujúcich materiáloch magnetického poľa. Zozbieral údaje o tomto materiáli z predchádzajúcej literatúry a potom tieto údaje vložil do nového modelu. Zistili, že materiál skutočne má chladiaci účinok pre mierne gradienty magnetického poľa, ktoré je veľmi malé, ale významné pri nízkych teplotách.
Teoretické výsledky naznačujú, že prvé aplikácie magnonových chladiacich efektov by mohli pomôcť vedcom pri projektoch, ktoré vyžadujú bezdrôtové chladenie pri ultranízkych teplotách. "V tejto fáze sú potenciálnymi aplikáciami kryogenika --, napríklad chladenie infračervených detektorov," povedal Chen. "Stále však musíme experimentálne demonštrovať tento efekt a nájsť lepšie materiály. Dúfame, že to podporí nové experimenty."
Efekt chladenia magnetického poľa identifikovaný tímom je „mimoriadne užitočným teoretickým rámcom na štúdium spojenia medzi rotáciou a teplom, ktorý môže potenciálne stimulovať koncepciu čiastočného použitia ako pracovnej „kvapaliny“ v chladiacich systémoch v tuhom stave. Shi nebol zapojený do štúdie.
Liao poukazuje na to, že magnóny by mohli byť aj novým nástrojom na zlepšenie existujúcich termoelektrických motorov, ktoré sú síce inovatívne, ale stále sú relatívne neefektívne. "Ešte je dlhá cesta, aby termoelektrika konkurovala konvenčným technológiám," povedal Liao. "Skúmanie stupňov voľnosti magnetického poľa môže potenciálne optimalizovať existujúce systémy a zlepšiť termoelektrickú účinnosť."
