研究发现热辐射和声波也有磁性

作者: 邻家怪蜀黍

来源: 煎蛋

发布日期: 2015-03-26 09:35:45

来自美国俄亥俄州立大学(OSU)的研究人员首次发现,声学声子(acoutic phonons)能够控制热辐射和声波。反过来说,热辐射和声波具有磁性,因此能够通过磁场控制热辐射和声波。该发现发表在《Nature Materials》杂志中,通过一个医用核磁共振成像设备(MRI)产生的磁场对一个半导体进行处理,使得通过该半导体的热辐射降低了12%左右。

研究发现,热量以波的形式在石墨中传播,而在其他3D介质中确实通过加速原子运动传播。在3D介质中,这些震动的原子的集体状态称为声子或振动量子(phonons)。来自美国俄亥俄州立大学(OSU)的研究人员首次发现,声学声子(acoutic phonons)能够控制热辐射和声波。反过来说,热辐射和声波具有磁性,因此能够通过磁场控制热辐射和声波。

该发现发表在《Nature Materials》杂志中,来自俄亥俄州立大学的研究人员Joseph Heremans和他的团队,通过一个医用核磁共振成像设备(MRI)产生的磁场对一个半导体进行处理,使得通过该半导体的热辐射降低了12%左右。该现象表明,声学声子--热辐射和声波的基本粒子--具有磁性。人们可能会不清楚热辐射和声波之间有啥关系,它们跟磁场又有什么关系?

但是,在量子力学中,这两者都能够用能量形式来描述。因此,如果能够通过磁场控制其中的一个,也就能同样控制另一个。本质上说,热是原子的运动,热量在介质中的传递也是通过不同介质中的原子运动进行的。原子运动越剧烈,介质的热量越高;原子的运动会影响周围的原子运动,热量就会传递。声波也是依靠原子震动传播的,我们说话时,声带会压缩空气,造成的震动,并且传播到对方的耳中,耳朵接收到这种震动,获取声音。

声子(Phonon)与光子(photon)比较相似,研究人员把它们看作是表兄弟:光子是光粒子;而声子时热和声音的粒子。该研究表明,声子具有磁性。同时研究者认为,该属性普遍存在于任何固体中。该发现的意义在于:任何材料,如玻璃、石头、塑料,以往被认为是不具有磁性,也无法通过磁场控制的材料,并非是不具有磁性,而已因为没有足够大的磁场能够对他们产生效果。这也从侧面表明了该观察实验的设计难度。

为了测量在极端低温下的热量变化,他们用于各锑化铟半导体制作了一个非对称音叉,音叉的两个叉臂分别为1mm和4mm宽。通过音叉底部进行加热。通过比较在有磁场和没有磁场两种情况下,两个叉臂的温度变化,就能得到前面的结论。测试表明,在加入磁场之后,宽叉臂的热量降低了约12%。

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