Phoenix Science and Technology News Beijing-tid 1. august rapporterte Science Daily at ifølge en ny teori foreslått av forskere ved Massachusetts Institute of Technology i USA, kunne magnetiske kjøleskapsklistremerker samlet på overflaten av kjøleskapet en dag brukes som kjølevæske. Denne teorien beskriver bevegelsen til magnoner, som er kvasipartikler av magneter og kollektive rotasjoner av magnetiske momenter, eller "spinn". I tillegg til det magnetiske momentet leder magnoner også varme. Ved å bruke deres foreslåtte ligning fant MIT-forskerne at når de utsettes for magnetiske feltgradienter, kan magnoner overføres fra den ene enden av en magnet til den andre, bære varme og skape en kjølende effekt. .
Ny teori forutsier at magneter kan fungere som trådløse kjølevæsker
"Du kan pumpe varme fra den ene enden til den andre, så i hovedsak kan du bruke en magnet som et kjøleskap," sier Bolin Liao, en doktorgradsstudent ved MITs School of Mechanical Engineering. "Du kan forestille deg bruksscenarioet for trådløs kjøling, for eksempel å legge til et magnetfelt til en magnet en eller to meter unna datamaskinen for å kjøle ned datamaskinen."
I teorien vil det magnetfeltdrevne kjøleskapet ikke kreve noen bevegelige deler, i motsetning til konvensjonelle kjøleskap, som krever at væske trekkes gjennom en rekke rør for kjøling. Liao og en annen doktorgradsstudent, Jiawei Zhou, og Gang Chen, dekan ved MITs School of Mechanical Engineering, publiserte artikkelen om teorien om magnetonkjøling i tidsskriftet Physical Review Letters.
"Nå har folk en ny teori for å studere hvordan magnoner beveger seg under sameksisterende felt og temperaturgradienter," sa Liao. "Disse ligningene er grunnleggende for magnon-transport."
kjølende effekt
I et ferromagnetisk stoff kan lokaliserte magnetiske momenter rotere og justere i forskjellige retninger. Ved absolutt null justeres de lokale magnetiske momentene for å skape den sterkeste magnetiske kraften i magneten. Etter hvert som temperaturen gradvis øker, blir magneten svakere og svakere, ettersom flere og flere lokaliserte magnetiske momenter roterer bort fra justeringslinjen, og den økende temperaturen skaper en magnetisk delmengde.
Magnoner ligner på mange måter elektroner ved at de både bærer elektrisitet og leder varme. Elektroner reagerer på elektriske felt eller temperaturgradienter - et fenomen kjent som den termoelektriske effekten. De siste årene har forskere undersøkt ulike anvendelser av denne effekten, for eksempel termoelektriske generatorer, som kan konvertere varme direkte til elektrisitet, eller oppnå en kjøleeffekt uten bevegelige deler.
Liao og kollegene hans identifiserte en lignende "koblings"-effekt i magnoner som reagerer på to krefter: temperaturgradienter eller magnetiske felt. Siden magnoner og elektroner oppfører seg veldig likt i denne forbindelse, foreslo forskerne en teori om magnontransport basert på Boltzmann-transportligningen, en allment akseptert elektrontransportligning i termoelektrikk.
Basert på utledningen av denne ligningen foreslo Liao, Zhou og Chen to nye ligninger for å beskrive magnontransport. Ved å bruke disse nye ligningene forutså de en ny magnon-kjøleeffekt, lik den termoelektriske kjøleeffekten, der magnoner bærer varme fra den ene enden av en magnet til den andre under magnetiske feltgradienter.
stimulere til nye eksperimenter
Liao brukte egenskapene til vanlige magnetfeltisolatorer for å modellere hvordan kjøleeffekten til magnoner fungerer i eksisterende magnetfeltmaterialer. Han samlet inn data om dette materialet fra tidligere litteratur, og matet deretter disse dataene inn i den nye modellen. De fant at materialet faktisk har en kjølende effekt for beskjedne magnetfeltgradienter, som er veldig små, men betydelige ved lave temperaturer.
De teoretiske resultatene tyder på at de første anvendelsene av magnon-kjøleeffekter kan hjelpe forskere på prosjekter som krever trådløs kjøling ved ultralave temperaturer. "På dette stadiet er potensielle applikasjoner kryogenikk --, for eksempel kjøling av infrarøde detektorer," sa Chen. "Men vi må fortsatt eksperimentelt demonstrere denne effekten og finne bedre materialer. Vi håper dette vil oppmuntre til nye eksperimenter."
Den magnetiske feltkjøleeffekten identifisert av teamet er "et ekstremt nyttig teoretisk rammeverk for å studere koblingen mellom rotasjon og varme, som potensielt kan stimulere konseptet med underbruk som en fungerende 'væske' i faststoffkjølesystemer." Shi var ikke involvert i studien.
Liao påpeker at magnoner også kan være et nytt verktøy for å forbedre eksisterende termoelektriske motorer, som, selv om de er innovative, fortsatt er relativt ineffektive. "Det er fortsatt en lang vei å gå for at termoelektrikk skal konkurrere med konvensjonelle teknologier," sa Liao. "Å undersøke magnetfelts frihetsgrader kan potensielt optimere eksisterende systemer og forbedre termoelektrisk effektivitet."
