研究發現磁場能控制熱量和聲音

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美國俄亥俄州立大學的研究人員們做的一項里程碑式研究發現,聲子(能傳遞熱量和聲音的基本的粒子)具有磁性。該研究被發表在《自然材料》雜志上。

研究人員表示一臺醫學核磁共振儀大小的磁場能減少百分之十二流經半導體的熱量。俄亥俄州超級計算機中心模擬后發現原因所在——磁場改變了聲子(Phonon)的抗磁場反應從而改變了它們傳遞熱量的方式。

領導研究的機械工程學教授Joseph Heremans表示既然改變磁場能夠引導熱量的傳遞,那么只要有足夠強的磁場,他們也能引導聲波。

人們甚至都不知道熱量和聲音之間有什么關系,更別提它們還能被磁鐵控制了。但量子力學認為,其實它們都是相同形式的能量表達。因此任何力量只要能控制二者之一,那么它肯定也能控制剩下的那個。

研究人員們煞費苦心地檢查了所有非磁性材料在應對外場時的磁性反應后,發現磁場的影響與存在于所有材料中的抗磁性反應有關。這表明任何固體中都存在這種普遍影響。

如果有足夠強的磁場,那么類似于玻璃、石頭和塑料之類的材料(即一般情況下不具備磁性的材料)也能通過磁場來控制熱量。這一發現將對未來新能源生產過程產生重大影響。

但這種發現不會很快被運用到實際生活中,畢竟在實驗室和醫院之外的地方很少能用到7特斯拉的磁場,而且用銻化銦做成的半導體要在零下268攝氏度的溫度(接近絕對零度)下工作以確保材料中的原子的運動能慢下來,從而檢測到聲子的運動。

為了模擬這一實驗,研究人員們采用了密度泛函理論這一量子力學建模方式,來研究在有磁場和沒磁場的時候原子周圍的電子分布會發生怎樣的改變。電子圍繞著原子運動的時候會改變其周圍的磁場,當有聲子存在時會造成抗磁性運動。該運動會對磁場作出反應并減緩熱量的傳輸,就像在火車上加入了渦流制動器。

這一模擬在Oakley Cluster中實施,Oakley Cluster是一個擁有8300個處理器內核的HP/Intel至強處理系統,其峰值性能達到154萬億次浮點計算。鑒于許多不同方式都能令原子振動起來,因此非常有必要進行超大模擬,使用Oakley這么功能強大的處理系統。俄亥俄州超級計算機中心的工程師們還幫助研究團隊利用其高通量的高效能平行檔案系統來處理收集到的數據集。

俄亥俄州超級計算機中心的超級計算機服務主任David Hudak表示他們非常樂意為重要客戶提供服務。接下來,研究團隊將測試他們是否能用磁場來使聲波發生側向轉移。

[桃子 via phys]

來源:煎蛋



中科院物理所 2015-08-23 08:56:34

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