@ 2015.06.02 , 20:01
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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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TOTAL COMMENTS: 26+1

  1. 嗷嗷
    @2 years ago
    2814140

    每个字都看懂了,如果能背诵全文的话,似乎可以装逼

    [44] XX [1] 回复 [0]
  2. 2814142

    原文真说了“电子围绕着原子运动”?懒得看原文。

  3. 2814148

    万磁王又解锁新姿势了

    [24] XX [1] 回复 [0]
  4. 2814160

    可控聚变什么时候才能商业化?

  5. 2814162

    本来想看懂了装逼一下,没想到看到第一幅图就懵了,只看懂了sb

  6. 李子
    @2 years ago
    2814164

    然当前而并没有什么卵用

    [1] XX [10] 回复 [0]
  7. aficionado
    @2 years ago
    2814167

    声子是什么 头一次听说。。。

  8. 客观人士
    @2 years ago
    2814175

    @李子: 因为你并没有什么卵

  9. 哲学大叔
    @2 years ago
    2814183

    其实是软文,没人发现吗

  10. 邻家怪蜀黍
    @2 years ago
    2814210

    这个我好像写过

  11. WhySoSerious
    @2 years ago
    2814218

    @邻家怪蜀黍: 我也确实好像看过一篇差不多内容的文章

  12. 2814239

    我只看到两个Sb和一个In。。。

  13. 蒸烧饼
    @2 years ago
    2814256

    所以旧式电视开机的时候那种电流的声音,果然是电磁场导致的咯?

  14. 宅久必呆
    @2 years ago
    2814280

    所以故宫的鬼影是真的咯?(我瞎BB的)

  15. 2814298

    然而还没有发现磁子

  16. 2814359

    声子是凝聚态物理里面的虚拟粒子,所以不算是“基本粒子”。

  17. 2814483

    高通量的高效能平行档案系统是什么鬼。

    high-throughput, parallel file system
    高吞吐量, 并行文件系统。

  18. 2814484

    小编不是内行不要太过勉强自己翻译科普新闻,这样,读者根本就无法看懂。

  19. 2814488

    @kris: 虚拟粒子是什么东西?

  20. 高二
    @2 years ago
    2814501

    @sea:
    请叫它准粒子, 我们只是用它来描述一种现象, 它并不是基本粒子.
    譬如在一个体育场里, 观众席上在做一个人浪, 事实上并没有一个震荡的”手臂粒子”沿着人浪的方向前进, 士所有人的手臂运动, 造成了这么一个宏观上”浪"的现象,但是等效的,我们也可以将人浪的现象描述成一个”手臂粒子”,正在y轴震荡,并以一定速度, 携带着能量在x轴前进,这样很多量子数学技巧可以应用在上面。
    声音也是一样的道理,不存在任何原子的地方,依靠粒子震动形成的声音便无法传递,热量也是同理,除掉原子了,不存在布朗运动,也就没有热量的传递。
    我们用假设的准粒子的数学模型描述它们,并不是它们是基本粒子。
    这与真实存在基本粒子,譬如,光子是不同的,它不依赖于其他媒介的现象存在。

    [10] XX [1] 回复 [0]
  21. 2814508

    @高二: 原文是说“声子是个基本粒子”。研究是揭示了磁场怎么影响声子,而不是怎么影响一个现象。

  22. 神响
    @2 years ago
    2814593

    磁制冷不是搞了很多年了么。还有无极灯,磁感应灯。

  23. 高二
    @2 years ago
    2814704

    @Alpha:
    基本粒子叫做:elementary particle。原文是说:elemental particle(基本的粒子)。
    请区分专业名词和一般形容词。
    为了要使用DFT做数学处理,才对这个声音传播的现象等效成“声子”,因为DFT是解决多体问题的模型。
    第一个图也是显示了,右面的两个数字指的是密勒常数标记的晶面指数,它意味着锑化铟的一个晶面。010是和101互相垂直的方向,而磁场被施加在101的方向上,颜色的深浅,如左面所表示,是磁矩的强度,在铟原子和锑原子附近,是不是发现颜色变化很大?这证明了什么?是磁矩在原子附近变化剧烈。反磁矩的出现,就是观察到铟原子附近的梯度方向与磁场方向相反。
    外加磁场,然后观察外加磁场引起的反磁矩,为什么跟声音有关系呢?
    实际上发生的事,是外加磁场导致了晶格里原子的震动(等效为声子),会使得原价电子带壳层电子间距离变化,从而导致电荷浓度的扰动,从而产生反磁矩。
    我们观察这个反磁矩的分布,并验证它符合理论预测,从而证明了原子之间的震动符合预测。
    而原子震动,才是声的来源。根据晶面方向、和磁矩梯度图,我们便可得到了这个震动的所有信息。
    在等效的数学的表述上,可以说是声子引起了局部的反磁矩。但是,声子只是一个数学抽象,它不是一个真实存在的粒子,从头到尾,只有原子。原子身上发生的某种现象,我们叫成声子而已。
    另外,这一切都不是真正的实验,而仅仅是电脑仿真计算出来的,它是为了解释一个已经发生的现象,而不是发现了一个现象。

  24. you_know_who
    @2 years ago
    2814860

    专业人员出现了!

  25. 桃子
    @2 years ago
    2814945

    @高二: 多谢赐教。

  26. Einstein
    @2 years ago
    2846697

    有可能成为,研制温室超导体的思考因数。

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