Phoenix Science and Technology News Пекинско време на 1 август, Science Daily съобщи, че според нова теория, предложена от изследователи от Масачузетския технологичен институт в Съединените щати, магнитните стикери за хладилник, събрани на повърхността на хладилника, биха могли един ден да бъдат използвани като охлаждаща течност. Тази теория описва движението на магноните, които са квазичастици на магнити и колективни ротации на магнитни моменти, или "завъртания". В допълнение към магнитния момент, магноните също провеждат топлина. Използвайки предложеното от тях уравнение, изследователите от MIT установиха, че когато са изложени на градиенти на магнитно поле, магноните могат да се прехвърлят от единия край на магнита в другия, пренасяйки топлина и създавайки охлаждащ ефект. .
Нова теория предвижда, че магнитите могат да действат като безжични охладители
„Можете да изпомпвате топлина от единия край до другия, така че по същество можете да използвате магнит като хладилник“, казва Болин Лиао, завършил студент в Училището по машинно инженерство на MIT. „Можете да си представите сценария на приложение на безжично охлаждане, като например добавяне на магнитно поле към магнит на един или два метра от компютъра, за да охлади компютъра.“
На теория, захранваният с магнитно поле хладилник няма да изисква движещи се части, за разлика от конвенционалните хладилници, които изискват течност да бъде изтеглена през серия от тръби за охлаждане. Liao и друг студент, Jiawei Zhou, и Gang Chen, декан на Факултета по машинно инженерство на MIT, публикуваха статията за теорията на магнетонното охлаждане в списанието Physical Review Letters.
„Сега хората имат нова теория, за да изучават как магноните се движат при съпътстващи полета и температурни градиенти“, каза Ляо. „Тези уравнения са основни за магнонния транспорт.“
охлаждащ ефект
Във феромагнитно вещество локализираните магнитни моменти могат да се въртят и подравняват в различни посоки. При абсолютна нула локалните магнитни моменти се изравняват, за да създадат най-силната магнитна сила в магнита. Тъй като температурата постепенно се повишава, магнитът става все по-слаб и по-слаб, тъй като все повече и повече локализирани магнитни моменти се въртят далеч от линията на подравняване, а нарастващата температура създава магнитна подгрупа.
Магноните са подобни в много отношения на електроните по това, че и двете пренасят електричество и провеждат топлина. Електроните реагират на електрически полета или температурни градиенти - явление, известно като термоелектричен ефект. През последните години учените са изследвали различни приложения на този ефект, като например термоелектрически генератори, които могат да преобразуват топлината директно в електричество или да постигнат охлаждащ ефект без движещи се части.
Ляо и колегите му идентифицираха подобен ефект на "свързване" в магноните, който реагира на две сили: температурни градиенти или магнитни полета. Тъй като магноните и електроните се държат много сходно в това отношение, изследователите предложиха теория за магнонния транспорт, базирана на транспортното уравнение на Болцман, широко прието уравнение за транспортиране на електрони в термоелектриците.
Въз основа на извеждането на това уравнение, Liao, Zhou и Chen предложиха две нови уравнения за описание на магнонния транспорт. Използвайки тези нови уравнения, те предсказаха нов магнонен охлаждащ ефект, подобен на термоелектричния охлаждащ ефект, при който магноните пренасят топлина от единия край на магнита до другия при градиенти на магнитното поле.
стимулиране на нови експерименти
Liao използва свойствата на обичайните изолатори на магнитно поле, за да моделира как охлаждащият ефект на магноните работи в съществуващите материали за магнитно поле. Той събира данни за този материал от предишна литература и след това въвежда тези данни в новия модел. Те откриха, че материалът наистина има охлаждащ ефект за скромни градиенти на магнитното поле, което е много малко, но значително при ниски температури.
Теоретичните резултати предполагат, че първите приложения на магнонни охлаждащи ефекти могат да помогнат на учените при проекти, които изискват безжично охлаждане при ултраниски температури. „На този етап потенциалните приложения са криогенни -- например охлаждащи инфрачервени детектори“, каза Чен. "Ние обаче все още трябва експериментално да демонстрираме този ефект и да намерим по-добри материали. Надяваме се, че това ще насърчи нови експерименти."
Охлаждащият ефект на магнитното поле, идентифициран от екипа, е "изключително полезна теоретична рамка за изучаване на връзката между въртене и топлина, която потенциално може да стимулира концепцията за подизползване като работеща" течност "в хладилни системи в твърдо състояние." Ши не е участвал в проучването.
Ляо посочва, че магноните също могат да бъдат нов инструмент за подобряване на съществуващите термоелектрически двигатели, които, макар и иновативни, все още са относително неефективни. „Все още има дълъг път, за да може термоелектриците да се конкурират с конвенционалните технологии“, каза Ляо. "Изследването на степените на свобода на магнитното поле може потенциално да оптимизира съществуващите системи и да подобри термоелектрическата ефективност."
