Phoenix Science and Technology News Pekingin aikaa 1. elokuuta Science Daily raportoi, että yhdysvaltalaisen Massachusetts Institute of Technologyn tutkijoiden ehdottaman uuden teorian mukaan jääkaapin pinnalle kerättyjä magneettisia jääkaapin tarroja voitaisiin jonain päivänä käyttää. jäähdytysnesteenä. Tämä teoria kuvaa magnonien liikettä, jotka ovat magneettien kvasihiukkasia ja magneettisten momenttien kollektiivisia pyörimiä tai "pyörteitä". Magnonit johtavat magneettisen momentin lisäksi myös lämpöä. Käyttämällä ehdotettua yhtälöä MIT-tutkijat havaitsivat, että kun magnonit altistuvat magneettikentän gradienteille, ne voivat siirtyä magneetin päästä toiseen kuljettaen lämpöä ja luoden viilentävän vaikutuksen. .
Uusi teoria ennustaa, että magneetit voivat toimia langattomina jäähdytysnesteinä
"Voit pumpata lämpöä päästä toiseen, joten käytännössä voit käyttää magneettia jääkaapina", sanoo Bolin Liao, jatko-opiskelija MIT:n konetekniikan korkeakoulusta. "Voit kuvitella langattoman jäähdytyksen sovellusskenaarion, kuten magneettikentän lisäämisen magneetiin yhden tai kahden metrin päässä tietokoneesta tietokoneen jäähdyttämiseksi."
Teoriassa magneettikenttäkäyttöinen jääkaappi ei tarvitsisi liikkuvia osia, toisin kuin perinteiset jääkaapit, jotka vaativat nesteen vetämisen putkisarjan läpi jäähdytystä varten. Liao ja toinen jatko-opiskelija, Jiawei Zhou ja Gang Chen, MIT:n konetekniikan korkeakoulun dekaani, julkaisivat artikkelin magnetonijäähdytyksen teoriasta Physical Review Letters -lehdessä.
"Nyt ihmisillä on uusi teoria tutkia kuinka magnonit liikkuvat rinnakkaisten kenttien ja lämpötilagradienttien alla", Liao sanoi. "Nämä yhtälöt ovat perustavanlaatuisia magnonien kuljetukselle."
viilentävä vaikutus
Ferromagneettisessa aineessa paikalliset magneettiset momentit voivat pyöriä ja kohdistua eri suuntiin. Absoluuttisessa nollassa paikalliset magneettiset momentit kohdistavat magneettiin voimakkaimman magneettisen voiman. Lämpötilan asteittain noustessa magneetti heikkenee ja heikkenee, kun yhä useammat paikalliset magneettiset momentit pyörivät pois kohdistusviivasta, ja lämpötilan nousu luo magneettisen osajoukon.
Magnonit ovat monin tavoin samanlaisia kuin elektronit, koska ne kuljettavat sähköä ja johtavat lämpöä. Elektronit reagoivat sähkökenttiin tai lämpötilagradienttiin - ilmiö, joka tunnetaan termosähköisenä efektinä. Viime vuosina tiedemiehet ovat tutkineet tämän vaikutuksen erilaisia sovelluksia, kuten lämpösähkögeneraattoreita, jotka voivat muuntaa lämmön suoraan sähköksi tai saada aikaan jäähdytysvaikutuksen ilman liikkuvia osia.
Liao ja hänen kollegansa tunnistivat samanlaisen "kytkentä"-ilmiön magnoneissa, jotka reagoivat kahteen voimaan: lämpötilagradienttiin tai magneettikenttiin. Koska magnonit ja elektronit käyttäytyvät tässä suhteessa hyvin samalla tavalla, tutkijat ehdottivat magnonien kuljetuksen teoriaa, joka perustuu Boltzmannin kuljetusyhtälöön, joka on laajalti hyväksytty elektronien kuljetusyhtälö lämpöelektriikassa.
Tämän yhtälön johdosta Liao, Zhou ja Chen ehdottivat kahta uutta yhtälöä kuvaamaan magnonien kuljetusta. Käyttämällä näitä uusia yhtälöitä he ennustivat uuden magnonin jäähdytysvaikutuksen, joka on samanlainen kuin lämpösähköinen jäähdytysvaikutus, jossa magnonit kuljettavat lämpöä magneetin päästä toiseen magneettikentän gradienttien alla.
kannustaa uusia kokeiluja
Liao käytti yleisten magneettikenttäeristimien ominaisuuksia mallintaakseen, kuinka magnonien jäähdytysvaikutus toimii olemassa olevissa magneettikenttämateriaaleissa. Hän keräsi tietoa tästä materiaalista aiemmasta kirjallisuudesta ja syötti sitten tiedot uuteen malliin. He havaitsivat, että materiaalilla on todellakin jäähdyttävä vaikutus vaatimattomilla magneettikentän gradienteilla, jotka ovat hyvin pieniä, mutta merkittäviä alhaisissa lämpötiloissa.
Teoreettiset tulokset viittaavat siihen, että magnonin jäähdytysvaikutusten ensimmäiset sovellukset voisivat auttaa tutkijoita projekteissa, jotka vaativat langatonta jäähdytystä erittäin alhaisissa lämpötiloissa. "Tässä vaiheessa mahdollisia sovelluksia ovat kryogeniikka --, esimerkiksi jäähdyttävät infrapunailmaisimet", Chen sanoi. "Meidän on kuitenkin vielä osoitettava kokeellisesti tämä vaikutus ja löydettävä parempia materiaaleja. Toivomme, että tämä rohkaisee uusiin kokeiluihin."
Tiimin tunnistama magneettikentän jäähdytysvaikutus on "erittäin hyödyllinen teoreettinen kehys pyörimisen ja lämmön välisen yhteyden tutkimiseen, mikä voi mahdollisesti stimuloida käsitettä osakäytöstä toimivana "nesteenä" solid-state-jäähdytysjärjestelmissä." Shi ei ollut mukana tutkimuksessa.
Liao huomauttaa, että magnonit voisivat olla myös uusi työkalu olemassa olevien lämpösähköisten moottoreiden parantamiseen, vaikka ne ovatkin innovatiivisia, mutta silti suhteellisen tehottomia. "Lämpösähköillä on vielä pitkä matka kilpailemaan perinteisten teknologioiden kanssa", Liao sanoi. "Magneettisen kentän vapausasteiden tutkiminen voi mahdollisesti optimoida olemassa olevia järjestelmiä ja parantaa lämpösähköistä tehokkuutta."
