最近一期的《物理評論快報》報道了美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家近日發(fā)現(xiàn)了熱電學(xué)中描述電子傳輸?shù)姆匠?,用于描述磁振子傳輸,發(fā)現(xiàn)如果處在有差異的磁場中,磁振子可能會從磁鐵一端運動到另一端,帶走熱量而產(chǎn)生制冷效果??茖W(xué)家們預(yù)測磁鐵能用作冰箱的制冷劑。
在鐵磁體中,本地磁矩能夠旋轉(zhuǎn)并以不同方向排列。在絕對零度時,磁矩排列使磁體產(chǎn)生的磁力最強(qiáng);隨著溫度上升,更多磁矩自旋變得更不同步,磁力會變?nèi)?。而磁振子就是隨著這種溫度升高而產(chǎn)生的。磁振子是磁鐵中的一種準(zhǔn)粒子,是磁矩共同旋轉(zhuǎn)形成的,也叫“自旋子”。
磁振子很像電子。電子能同時攜帶電荷并導(dǎo)熱,能在電場或溫差作用下運動,這種現(xiàn)象即熱電效應(yīng)。科學(xué)家一直在研究熱電效應(yīng),如熱電發(fā)電機(jī)把熱直接轉(zhuǎn)化為電,或不用任何運動部件來制冷。磁振子也能在兩種力的作用下運動:溫差和磁場。研究人員發(fā)展了熱電學(xué)中描述電子傳輸?shù)牟柶澛鼈鬏敺匠?,?jīng)推導(dǎo)后得到了兩個新方程來描述磁振子傳輸。他們能用新方程預(yù)測磁振子制冷效應(yīng),類似于熱電制冷效應(yīng)。當(dāng)磁振子處在有差異的磁場中,會攜帶熱量從磁體一端移動到另一端。
他們用普通的磁絕緣體構(gòu)建了模型,從以往資料中收集了這種材料的數(shù)據(jù)輸入新模型中,發(fā)現(xiàn)存在一個溫和的磁場梯度時,它能產(chǎn)生較小的制冷效應(yīng);而在低溫情況下,制冷效應(yīng)更明顯。
“你能把熱量從一邊吸到另一邊,從本質(zhì)上說,就能把磁鐵用作制冷器?!眳⑴c研究的機(jī)械工程系研究生說,“你可以想象一種無線制冷,給放在一兩米外的一塊磁鐵,或你的便攜電腦施加磁場,就能給它降溫?!卑凑账麄兊睦碚摚@種磁致冷冰箱無需任何會動的部件,不像傳統(tǒng)冰箱那樣,要用一根管子不斷地泵液體才能保持低溫。
MIT機(jī)械工程系主任認(rèn)為,最先應(yīng)用磁振子制冷效應(yīng)的,可能是那些需要在極低溫度下無線制冷的研究。“就目前來說,可能的應(yīng)用是在低溫領(lǐng)域,比如給紅外探測儀制冷。但我們還需要通過實驗來證明這一理論,并尋找更好的材料。我們希望這能促進(jìn)新的實驗。© Since 2004 Yuxiang Magnetic Materials Industrial Limited Reserved
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