Phoenix Science and Technology News 1 августа по пекинскому времени, Science Daily сообщила, что согласно новой теории, предложенной исследователями из Массачусетского технологического института в США, магнитные наклейки на холодильник, собранные на поверхности холодильника, однажды могут быть использованы. в качестве охлаждающей жидкости. Эта теория описывает движение магнонов, которые представляют собой квазичастицы магнитов, и коллективные вращения магнитных моментов, или «спины». Помимо магнитного момента, магноны также проводят тепло. Используя предложенное ими уравнение, исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что при воздействии градиентов магнитного поля магноны могут перемещаться с одного конца магнита на другой, перенося тепло и создавая охлаждающий эффект. .
Новая теория предсказывает, что магниты могут действовать как беспроводные хладагенты
«Вы можете перекачивать тепло от одного конца к другому, так что, по сути, вы можете использовать магнит в качестве холодильника», — говорит Болин Ляо, аспирант Школы машиностроения Массачусетского технологического института. «Вы можете представить сценарий применения беспроводного охлаждения, например, добавление магнитного поля к магниту на расстоянии одного или двух метров от компьютера для охлаждения компьютера».
Теоретически холодильнику, работающему от магнитного поля, не потребуется движущихся частей, в отличие от обычных холодильников, в которых для охлаждения требуется прохождение жидкости через серию трубок. Ляо и еще один аспирант, Цзявей Чжоу, и Ган Чен, декан факультета машиностроения Массачусетского технологического института, опубликовали статью о теории магнетонного охлаждения в журнале Physical Review Letters.
«Теперь у людей есть новая теория для изучения того, как магноны движутся под действием сосуществующих полей и температурных градиентов», — сказал Ляо. «Эти уравнения лежат в основе магнонного транспорта».
охлаждающий эффект
В ферромагнитном веществе локализованные магнитные моменты могут вращаться и ориентироваться в разных направлениях. При абсолютном нуле локальные магнитные моменты выравниваются, создавая самую сильную магнитную силу в магните. По мере постепенного повышения температуры магнит становится все слабее и слабее, поскольку все больше и больше локализованных магнитных моментов отклоняются от линии выравнивания, а повышение температуры создает магнитное подмножество.
Магноны во многом похожи на электроны тем, что они переносят электричество и проводят тепло. Электроны реагируют на электрические поля или температурные градиенты — явление, известное как термоэлектрический эффект. В последние годы ученые исследовали различные применения этого эффекта, такие как термоэлектрические генераторы, которые могут преобразовывать тепло непосредственно в электричество или достигать эффекта охлаждения без каких-либо движущихся частей.
Ляо и его коллеги обнаружили аналогичный эффект «связи» в магнонах, который реагирует на две силы: температурные градиенты или магнитные поля. Поскольку магноны и электроны ведут себя в этом отношении очень похоже, исследователи предложили теорию переноса магнонов, основанную на уравнении переноса Больцмана, широко распространенном уравнении переноса электронов в термоэлектрике.
Основываясь на выводе этого уравнения, Ляо, Чжоу и Чен предложили два новых уравнения для описания переноса магнонов. Используя эти новые уравнения, они предсказали новый эффект охлаждения магнонов, аналогичный эффекту термоэлектрического охлаждения, при котором магноны переносят тепло от одного конца магнита к другому под действием градиентов магнитного поля.
стимулировать новые эксперименты
Ляо использовал свойства обычных изоляторов магнитного поля, чтобы смоделировать, как охлаждающий эффект магнонов работает в существующих материалах магнитного поля. Он собрал данные об этом материале из предыдущей литературы, а затем ввел эти данные в новую модель. Они обнаружили, что материал действительно обладает охлаждающим эффектом при умеренных градиентах магнитного поля, который очень мал, но значителен при низких температурах.
Теоретические результаты показывают, что первые применения эффекта магнонного охлаждения могут помочь ученым в проектах, требующих беспроводного охлаждения при сверхнизких температурах. «На данном этапе потенциальными приложениями являются криогеника --, например, охлаждение инфракрасных детекторов», — сказал Чен. «Однако нам все еще нужно экспериментально продемонстрировать этот эффект и найти лучшие материалы. Мы надеемся, что это будет стимулировать новые эксперименты».
Охлаждающий эффект магнитного поля, обнаруженный командой, является «чрезвычайно полезной теоретической основой для изучения связи между вращением и теплом, которая потенциально может стимулировать концепцию вторичного использования в качестве рабочей« жидкости »в твердотельных холодильных системах». Ши не участвовал в исследовании.
Ляо отмечает, что магноны также могут стать новым инструментом для улучшения существующих термоэлектрических двигателей, которые, хотя и являются инновационными, все еще относительно неэффективны. «Термоэлектрикам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы конкурировать с традиционными технологиями», — сказал Ляо. «Исследование степеней свободы магнитного поля потенциально может оптимизировать существующие системы и повысить термоэлектрическую эффективность».
