@ 2015.06.02 , 20:01

研究发现磁场能控制热量和声音

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美国俄亥俄州立大学的研究人员们做的一项里程碑式研究发现,声子(能传递热量和声音的基本的粒子)具有磁性。该研究被发表在《自然材料》杂志上。

研究人员表示一台医学核磁共振仪大小的磁场能减少百分之十二流经半导体的热量。俄亥俄州超级计算机中心模拟后发现原因所在——磁场改变了声子(Phonon)的抗磁场反应从而改变了它们传递热量的方式。

领导研究的机械工程学教授Joseph Heremans表示既然改变磁场能够引导热量的传递,那么只要有足够强的磁场,他们也能引导声波。

人们甚至都不知道热量和声音之间有什么关系,更别提它们还能被磁铁控制了。但量子力学认为,其实它们都是相同形式的能量表达。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个。

研究人员们煞费苦心地检查了所有非磁性材料在应对外场时的磁性反应后,发现磁场的影响与存在于所有材料中的抗磁性反应有关。这表明任何固体中都存在这种普遍影响。

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如果有足够强的磁场,那么类似于玻璃、石头和塑料之类的材料(即一般情况下不具备磁性的材料)也能通过磁场来控制热量。这一发现将对未来新能源生产过程产生重大影响。

但这种发现不会很快被运用到实际生活中,毕竟在实验室和医院之外的地方很少能用到7特斯拉的磁场,而且用锑化铟做成的半导体要在零下268摄氏度的温度(接近绝对零度)下工作以确保材料中的原子的运动能慢下来,从而检测到声子的运动。

为了模拟这一实验,研究人员们采用了密度泛函理论这一量子力学建模方式,来研究在有磁场和没磁场的时候原子周围的电子分布会发生怎样的改变。电子围绕着原子运动的时候会改变其周围的磁场,当有声子存在时会造成抗磁性运动。该运动会对磁场作出反应并减缓热量的传输,就像在火车上加入了涡流制动器。

这一模拟在Oakley Cluster中实施,Oakley Cluster是一个拥有8300个处理器内核的HP/Intel至强处理系统,其峰值性能达到154万亿次浮点计算。鉴于许多不同方式都能令原子振动起来,因此非常有必要进行超大模拟,使用Oakley这么功能强大的处理系统。俄亥俄州超级计算机中心的工程师们还帮助研究团队利用其高通量的高效能平行档案系统来处理收集到的数据集。

俄亥俄州超级计算机中心的超级计算机服务主任David Hudak表示他们非常乐意为重要客户提供服务。接下来,研究团队将测试他们是否能用磁场来使声波发生侧向转移。

本文译自 phys,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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