Phoenix Science and Technology News Pekingský čas 1. srpna, Science Daily oznámil, že podle nové teorie navržené výzkumníky z Massachusettského technologického institutu ve Spojených státech by magnetické nálepky ledničky nashromážděné na povrchu lednice mohly být jednoho dne použity. jako chladicí kapalina. Tato teorie popisuje pohyb magnonů, což jsou kvazičástice magnetů a kolektivní rotace magnetických momentů, neboli „spiny“. Magnony kromě magnetického momentu vedou i teplo. Pomocí jejich navrhované rovnice vědci z MIT zjistili, že když jsou vystaveny gradientům magnetického pole, magnony se mohou přenášet z jednoho konce magnetu na druhý, přenášet teplo a vytvářet chladicí efekt. .
Nová teorie předpovídá, že magnety by mohly fungovat jako bezdrátové chladicí kapaliny
"Můžete čerpat teplo z jednoho konce na druhý, takže v podstatě můžete použít magnet jako ledničku," říká Bolin Liao, postgraduální student na MIT School of Mechanical Engineering. "Dokážete si představit aplikační scénář bezdrátového chlazení, jako je přidání magnetického pole k magnetu jeden nebo dva metry od počítače, aby se počítač ochladil."
Teoreticky by lednička poháněná magnetickým polem nevyžadovala žádné pohyblivé části, na rozdíl od konvenčních ledniček, které pro chlazení vyžadují nasávání tekutiny přes řadu trubic. Liao a další postgraduální student, Jiawei Zhou, a Gang Chen, děkan Fakulty strojního inženýrství MIT, publikovali článek o teorii magnetonového chlazení v časopise Physical Review Letters.
"Nyní mají lidé novou teorii ke studiu toho, jak se magnony pohybují pod koexistujícími poli a teplotními gradienty," řekl Liao. "Tyto rovnice jsou zásadní pro transport magnonů."
chladivý efekt
Ve feromagnetické látce se mohou lokalizované magnetické momenty otáčet a vyrovnávat v různých směrech. Při absolutní nule se lokální magnetické momenty vyrovnají, aby vytvořily nejsilnější magnetickou sílu v magnetu. Jak se teplota postupně zvyšuje, magnet se stává slabším a slabším, jak se stále více lokalizovaných magnetických momentů otáčí směrem od zarovnávací čáry a zvyšující se teplota vytváří magnetickou podmnožinu.
Magnony jsou v mnoha ohledech podobné elektronům v tom, že přenášejí elektřinu a vedou teplo. Elektrony reagují na elektrická pole nebo teplotní gradienty – jev známý jako termoelektrický jev. V posledních letech vědci zkoumali různé aplikace tohoto efektu, jako jsou termoelektrické generátory, které mohou přeměňovat teplo přímo na elektřinu nebo dosahovat chladicího efektu bez jakýchkoli pohyblivých částí.
Liao a jeho kolegové identifikovali podobný "spojovací" efekt u magnonů, které reagují na dvě síly: teplotní gradienty nebo magnetická pole. Protože se magnony a elektrony v tomto ohledu chovají velmi podobně, vědci navrhli teorii transportu magnonů založenou na Boltzmannově transportní rovnici, široce přijímané rovnici transportu elektronů v termoelektrice.
Na základě odvození této rovnice navrhli Liao, Zhou a Chen dvě nové rovnice pro popis transportu magnonů. Pomocí těchto nových rovnic předpověděli nový magnonový chladicí efekt, podobný termoelektrickému chladícímu efektu, při kterém magnony přenášejí teplo z jednoho konce magnetu na druhý pod gradienty magnetického pole.
stimulovat nové experimenty
Liao použil vlastnosti běžných izolátorů magnetického pole k modelování toho, jak funguje chladicí efekt magnonů v existujících materiálech magnetického pole. Shromáždil údaje o tomto materiálu z předchozí literatury a poté je vložil do nového modelu. Zjistili, že materiál skutečně má chladicí účinek pro mírné gradienty magnetického pole, které je velmi malé, ale významné při nízkých teplotách.
Teoretické výsledky naznačují, že první aplikace efektů chlazení magnonů by mohly pomoci vědcům v projektech, které vyžadují bezdrátové chlazení při ultra nízkých teplotách. "V této fázi jsou potenciálními aplikacemi kryogenika --, například chlazení infračervených detektorů," řekl Chen. "Potřebujeme však tento efekt experimentálně demonstrovat a najít lepší materiály. Doufáme, že to podpoří nové experimenty."
Chladicí efekt magnetického pole identifikovaný týmem je „extrémně užitečný teoretický rámec pro studium vazby mezi rotací a teplem, který může potenciálně stimulovat koncept dílčího použití jako pracovní „tekutiny“ v chladicích systémech v pevné fázi. Shi nebyl zapojen do studie.
Liao poukazuje na to, že magnony by také mohly být novým nástrojem pro vylepšení stávajících termoelektrických motorů, které jsou sice inovativní, ale stále jsou relativně neefektivní. "K tomu, aby termoelektrika mohla konkurovat konvenčním technologiím, je ještě dlouhá cesta," řekl Liao. "Zkoumání stupňů volnosti magnetického pole může potenciálně optimalizovat stávající systémy a zlepšit termoelektrickou účinnost."
