Phoenix Science and Technology News ώρα Πεκίνου την 1η Αυγούστου, η Science Daily ανέφερε ότι σύμφωνα με μια νέα θεωρία που προτάθηκε από ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στις Ηνωμένες Πολιτείες, τα μαγνητικά αυτοκόλλητα ψυγείου που συγκεντρώθηκαν στην επιφάνεια του ψυγείου θα μπορούσαν μια μέρα να χρησιμοποιηθούν ως ψυκτικό. Αυτή η θεωρία περιγράφει την κίνηση των μαγνονίων, που είναι οιονεί σωματίδια μαγνητών και συλλογικές περιστροφές μαγνητικών ροπών, ή «σπιν». Εκτός από τη μαγνητική ροπή, τα μαγνόνια μεταφέρουν επίσης θερμότητα. Χρησιμοποιώντας την προτεινόμενη εξίσωσή τους, οι ερευνητές του MIT διαπίστωσαν ότι όταν εκτίθενται σε διαβαθμίσεις μαγνητικού πεδίου, τα μάγνονα μπορεί να μεταφέρονται από το ένα άκρο ενός μαγνήτη στο άλλο, μεταφέροντας θερμότητα και δημιουργώντας ένα φαινόμενο ψύξης. .
Νέα θεωρία προβλέπει ότι οι μαγνήτες θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως ασύρματα ψυκτικά
«Μπορείς να αντλήσεις θερμότητα από το ένα άκρο στο άλλο, οπότε ουσιαστικά μπορείς να χρησιμοποιήσεις έναν μαγνήτη ως ψυγείο», λέει ο Bolin Liao, μεταπτυχιακός φοιτητής στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT. "Μπορείτε να φανταστείτε το σενάριο εφαρμογής της ασύρματης ψύξης, όπως η προσθήκη ενός μαγνητικού πεδίου σε έναν μαγνήτη ένα ή δύο μέτρα μακριά από τον υπολογιστή για να ψύξει τον υπολογιστή."
Θεωρητικά, το ψυγείο που λειτουργεί με μαγνητικό πεδίο δεν θα απαιτούσε κινούμενα μέρη, σε αντίθεση με τα συμβατικά ψυγεία, τα οποία απαιτούν την άντληση υγρού μέσω μιας σειράς σωλήνων για ψύξη. Ο Liao και ένας άλλος μεταπτυχιακός φοιτητής, ο Jiawei Zhou, και ο Gang Chen, πρύτανης της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT, δημοσίευσαν την εργασία σχετικά με τη θεωρία της ψύξης μαγνητονίων στο περιοδικό Physical Review Letters.
«Τώρα οι άνθρωποι έχουν μια νέα θεωρία για να μελετήσουν πώς τα μάγνονα κινούνται κάτω από συνυπάρχοντα πεδία και διαβαθμίσεις θερμοκρασίας», είπε ο Λιάο. "Αυτές οι εξισώσεις είναι θεμελιώδεις για τη μεταφορά magnon."
ψυκτικό αποτέλεσμα
Σε μια σιδηρομαγνητική ουσία, οι εντοπισμένες μαγνητικές ροπές μπορούν να περιστρέφονται και να ευθυγραμμίζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Στο απόλυτο μηδέν, οι τοπικές μαγνητικές ροπές ευθυγραμμίζονται για να δημιουργήσουν την ισχυρότερη μαγνητική δύναμη στον μαγνήτη. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται σταδιακά, ο μαγνήτης γίνεται όλο και πιο αδύναμος, καθώς όλο και περισσότερες εντοπισμένες μαγνητικές ροπές περιστρέφονται μακριά από τη γραμμή ευθυγράμμισης και η αυξανόμενη θερμοκρασία δημιουργεί ένα μαγνητικό υποσύνολο.
Τα Magnons είναι παρόμοια από πολλές απόψεις με τα ηλεκτρόνια, καθώς και τα δύο μεταφέρουν ηλεκτρισμό και μεταφέρουν θερμότητα. Τα ηλεκτρόνια ανταποκρίνονται σε ηλεκτρικά πεδία ή διαβαθμίσεις θερμοκρασίας - ένα φαινόμενο γνωστό ως θερμοηλεκτρικό φαινόμενο. Τα τελευταία χρόνια οι επιστήμονες έχουν ερευνήσει διάφορες εφαρμογές αυτού του φαινομένου, όπως οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, οι οποίες μπορούν να μετατρέψουν τη θερμότητα απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια ή να επιτύχουν ένα αποτέλεσμα ψύξης χωρίς κινούμενα μέρη.
Ο Liao και οι συνάδελφοί του εντόπισαν ένα παρόμοιο φαινόμενο «σύζευξης» σε magnons που ανταποκρίνεται σε δύο δυνάμεις: βαθμίδες θερμοκρασίας ή μαγνητικά πεδία. Δεδομένου ότι τα μάγνονα και τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται πολύ παρόμοια από αυτή την άποψη, οι ερευνητές πρότειναν μια θεωρία μεταφοράς μαγιονίου που βασίζεται στην εξίσωση μεταφοράς Boltzmann, μια ευρέως αποδεκτή εξίσωση μεταφοράς ηλεκτρονίων στη θερμοηλεκτρική.
Με βάση την εξαγωγή αυτής της εξίσωσης, οι Liao, Zhou και Chen πρότειναν δύο νέες εξισώσεις για να περιγράψουν τη μεταφορά magnon. Χρησιμοποιώντας αυτές τις νέες εξισώσεις, προέβλεψαν ένα νέο φαινόμενο ψύξης magnon, παρόμοιο με το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο ψύξης, στο οποίο τα magnon μεταφέρουν θερμότητα από το ένα άκρο ενός μαγνήτη στο άλλο κάτω από διαβαθμίσεις μαγνητικού πεδίου.
διεγείρουν νέα πειράματα
Ο Liao χρησιμοποίησε τις ιδιότητες των κοινών μονωτών μαγνητικού πεδίου για να μοντελοποιήσει πώς λειτουργεί το φαινόμενο ψύξης των magnons σε υπάρχοντα υλικά μαγνητικού πεδίου. Συνέλεξε δεδομένα για αυτό το υλικό από προηγούμενη βιβλιογραφία και στη συνέχεια τροφοδότησε αυτά τα δεδομένα στο νέο μοντέλο. Διαπίστωσαν ότι το υλικό έχει πράγματι ψυκτικό αποτέλεσμα για μέτριες διαβαθμίσεις μαγνητικού πεδίου, το οποίο είναι πολύ μικρό αλλά σημαντικό σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Τα θεωρητικά αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι πρώτες εφαρμογές ψύξης magnon θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες σε έργα που απαιτούν ασύρματη ψύξη σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. "Σε αυτό το στάδιο, πιθανές εφαρμογές είναι τα κρυογονικά -- για παράδειγμα, οι ανιχνευτές υπέρυθρης ψύξης", είπε ο Chen. "Ωστόσο, πρέπει ακόμα να αποδείξουμε πειραματικά αυτό το αποτέλεσμα και να βρούμε καλύτερα υλικά. Ελπίζουμε ότι αυτό θα ενθαρρύνει νέα πειράματα."
Το φαινόμενο ψύξης του μαγνητικού πεδίου που εντόπισε η ομάδα είναι «ένα εξαιρετικά χρήσιμο θεωρητικό πλαίσιο για τη μελέτη της σύζευξης μεταξύ περιστροφής και θερμότητας, το οποίο μπορεί δυνητικά να διεγείρει την έννοια της υποχρησιμοποίησης ως λειτουργικού «ρευστού» σε συστήματα ψύξης στερεάς κατάστασης». Ο Shi δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Ο Liao επισημαίνει ότι τα magnons θα μπορούσαν επίσης να είναι ένα νέο εργαλείο για τη βελτίωση των υπαρχόντων θερμοηλεκτρικών κινητήρων, οι οποίοι, αν και καινοτόμοι, εξακολουθούν να είναι σχετικά αναποτελεσματικοί. «Υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος για να ανταγωνιστούν τα θερμοηλεκτρικά με τις συμβατικές τεχνολογίες», είπε ο Λιάο. «Η διερεύνηση των βαθμών ελευθερίας του μαγνητικού πεδίου μπορεί ενδεχομένως να βελτιστοποιήσει τα υπάρχοντα συστήματα και να βελτιώσει τη θερμοηλεκτρική απόδοση».
