Phoenix Science and Technology News pekingi idő szerint augusztus 1-én a Science Daily arról számolt be, hogy az egyesült államokbeli Massachusetts Institute of Technology kutatói által javasolt új elmélet szerint a hűtőszekrény felületén összegyűlt mágneses hűtőmatricákat egy napon felhasználhatják. hűtőfolyadékként. Ez az elmélet a magnonok mozgását írja le, amelyek a mágnesek kvázi részecskéi és a mágneses momentumok kollektív forgása, vagy "pörgetései". A mágneses nyomatékon kívül a magnonok hőt is vezetnek. A javasolt egyenlet alapján az MIT kutatói azt találták, hogy a mágneses tér gradiensének kitéve a magnonok átkerülhetnek a mágnes egyik végéről a másikra, hőt szállítva és hűtőhatást keltve. .
Az új elmélet szerint a mágnesek vezeték nélküli hűtőközegként is működhetnek
"A hőt egyik végétől a másikig pumpálhatja, tehát lényegében hűtőként használhatja a mágnest" - mondja Bolin Liao, az MIT Gépészmérnöki Karának végzős hallgatója. "Elképzelhető a vezeték nélküli hűtés alkalmazási forgatókönyve, például mágneses mező hozzáadása a számítógéptől egy-két méterre lévő mágneshez, hogy lehűtse a számítógépet."
Elméletileg a mágneses mezővel működő hűtőszekrény nem igényel mozgó alkatrészeket, ellentétben a hagyományos hűtőszekrényekkel, amelyeknél a folyadékot egy sor csövön keresztül kell átszívni a hűtéshez. Liao és egy másik végzős hallgató, Jiawei Zhou és Gang Chen, az MIT Gépészmérnöki Karának dékánja a Physical Review Letters folyóiratban publikálták a magnetonhűtés elméletéről szóló tanulmányt.
"Most az embereknek van egy új elméletük annak tanulmányozására, hogy a magnonok hogyan mozognak együtt létező mezők és hőmérsékleti gradiensek alatt" - mondta Liao. "Ezek az egyenletek alapvetőek a magnonszállításhoz."
hűtő hatás
Egy ferromágneses anyagban a lokalizált mágneses momentumok különböző irányokba foroghatnak és igazodhatnak. Az abszolút nullánál a lokális mágneses momentumok igazodnak, hogy a mágnesben a legerősebb mágneses erőt hozzák létre. A hőmérséklet fokozatos emelkedésével a mágnes egyre gyengébb lesz, ahogy egyre több lokális mágneses momentum forog el az igazítási vonaltól, és a növekvő hőmérséklet mágneses részhalmazt hoz létre.
A magnonok sok tekintetben hasonlítanak az elektronokhoz, mivel mind elektromosságot hordoznak, mind hőt vezetnek. Az elektronok reagálnak az elektromos mezőkre vagy a hőmérsékleti gradiensekre – ezt a jelenséget termoelektromos hatásként ismerik. Az elmúlt években a tudósok ennek a hatásnak a különféle alkalmazásait vizsgálták, például termoelektromos generátorokat, amelyek képesek a hőt közvetlenül elektromos árammá alakítani, vagy mozgó alkatrészek nélkül hűsítő hatást érhetnek el.
Liao és munkatársai hasonló "csatoló" hatást azonosítottak a magnonokban, amelyek két erőre reagálnak: hőmérsékleti gradiensekre vagy mágneses mezőkre. Mivel a magnonok és az elektronok ebben a tekintetben nagyon hasonlóan viselkednek, a kutatók a magnontranszport elméletét javasolták a Boltzmann-transzport-egyenlet alapján, amely egy széles körben elfogadott elektrontranszport-egyenlet a termoelektromikában.
Ennek az egyenletnek a levezetése alapján Liao, Zhou és Chen két új egyenletet javasolt a magnontranszport leírására. Ezekkel az új egyenletekkel egy új magnonhűtő hatást jósoltak meg, hasonlóan a termoelektromos hűtőhatáshoz, amelyben a magnonok mágneses térgradiensek hatására hőt szállítanak a mágnes egyik végétől a másikig.
ösztönözni az új kísérleteket
Liao a közönséges mágneses térszigetelők tulajdonságait használta annak modellezésére, hogyan működik a magnonok hűtő hatása a meglévő mágneses mező anyagokban. Erről az anyagról adatokat gyűjtött a korábbi irodalomból, majd ezeket az adatokat betáplálta az új modellbe. Azt találták, hogy az anyagnak valóban van hűtő hatása szerény mágneses térgradiensek esetén, ami nagyon kicsi, de alacsony hőmérsékleten jelentős.
Az elméleti eredmények azt sugallják, hogy a magnon hűtőhatások első alkalmazásai segíthetik a tudósokat olyan projektekben, amelyek vezeték nélküli hűtést igényelnek ultraalacsony hőmérsékleten. "Ebben a szakaszban a potenciális alkalmazások a kriogenika --, például az infravörös detektorok hűtése" - mondta Chen. "Azonban még kísérletileg kell demonstrálnunk ezt a hatást, és jobb anyagokat kell találnunk. Reméljük, hogy ez ösztönözni fogja az új kísérleteket."
A csapat által azonosított mágneses térhűtő hatás "rendkívül hasznos elméleti keret a forgás és a hő kapcsolatának tanulmányozásához, amely potenciálisan ösztönözheti a szilárdtest-hűtőrendszerekben működő "folyadékként" való felhasználás fogalmát. Shi nem vett részt a vizsgálatban.
Liao rámutat, hogy a magnonok új eszközt jelenthetnek a meglévő termoelektromos motorok fejlesztésében is, amelyek ugyan innovatívak, de még mindig viszonylag nem hatékonyak. "Még hosszú utat kell megtenni ahhoz, hogy a termoelektromos anyagok felvegyék a versenyt a hagyományos technológiákkal" - mondta Liao. "A mágneses mező szabadsági fokainak vizsgálata potenciálisan optimalizálhatja a meglévő rendszereket és javíthatja a termoelektromos hatékonyságot."
