鳳凰科技訊 北京時(shí)間8月1日消息，科學(xué)日?qǐng)?bào)報(bào)道，據(jù)美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究學(xué)者提出的一項(xiàng)最新理論，聚集在冰箱表面的磁鐵冰箱貼有朝一日可以被用作冷卻劑。這一理論描述了磁子的運(yùn)動(dòng)，磁子是磁鐵的準(zhǔn)粒子，是磁矩的集體旋轉(zhuǎn)，或者稱(chēng)“自轉(zhuǎn)”。除了磁矩，磁子還能導(dǎo)熱，利用他們提出的方程式，麻省理工學(xué)院的研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)當(dāng)暴露在磁場(chǎng)梯度下，磁子可能會(huì)從磁鐵的一端轉(zhuǎn)移到另一端，攜帶熱并產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。

最新理論預(yù)測(cè)磁鐵可以作為無(wú)線(xiàn)冷卻劑

“你可以從一端抽熱至另一端，因此本質(zhì)上來(lái)說(shuō)你可以將磁鐵當(dāng)做冰箱，”美國(guó)麻省理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院的研究生廖柏林（Bolin Liao）這樣說(shuō)道。“你可以想象一下無(wú)線(xiàn)冷卻的應(yīng)用情景，例如在電腦一兩米遠(yuǎn)處的磁鐵加一個(gè)磁場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦的冷卻?！?/p>

理論上來(lái)說(shuō)，這個(gè)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的冰箱并不需要移動(dòng)部分，和傳統(tǒng)的冰箱不同，后者需要通過(guò)一系列管子抽取流體以實(shí)現(xiàn)冷卻。廖和另一名研究生周家偉（Jiawei Zhou）以及MIT機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)陳剛（Gang Chen）將這些有關(guān)磁子冷卻理論的文章發(fā)表在期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

“現(xiàn)在人們有了一個(gè)新的理論以研究磁子在共存場(chǎng)和溫度梯度下是如何移動(dòng)的，”廖說(shuō)道?！斑@些方程式是磁子傳輸?shù)母尽！?/p>

冷卻效應(yīng)

在一個(gè)鐵磁物質(zhì)里，局域磁矩可以在不同方向上旋轉(zhuǎn)和對(duì)齊。在絕對(duì)零度，局域磁矩會(huì)對(duì)齊以產(chǎn)生磁鐵里最強(qiáng)的磁力。隨著溫度逐漸上升，磁鐵變得越來(lái)越弱，因?yàn)樵絹?lái)越多局域磁矩會(huì)旋轉(zhuǎn)離開(kāi)對(duì)齊線(xiàn)，逐漸升高的溫度就產(chǎn)生了磁子集。

磁子在很多方面都類(lèi)似電子，它們都能夠帶電并導(dǎo)熱。電子會(huì)對(duì)電場(chǎng)或者溫度梯度做出回應(yīng)——這個(gè)現(xiàn)象被稱(chēng)為熱電效應(yīng)。近些年科學(xué)家們調(diào)查了這種效應(yīng)的各種應(yīng)用，例如熱電發(fā)電機(jī)，它可以將熱直接轉(zhuǎn)化為電，或者無(wú)需任何移動(dòng)部件而實(shí)現(xiàn)冷卻效應(yīng)。

廖和他的同事在磁子里識(shí)別了一種相似的“耦合”效應(yīng)，它能夠針對(duì)兩種力做出反應(yīng)：溫度梯度或者磁場(chǎng)。由于在這方面磁子和電子的行為非常相似，基于熱電學(xué)里廣泛接受的電子傳輸方程式——波茲曼傳輸方程式，研究人員提出了磁子傳輸?shù)睦碚摗?/p>

根據(jù)這一方程式的衍生，廖、周和陳提出了描述磁子傳輸?shù)膬蓚€(gè)新方程式。利用這些新方程式，他們預(yù)測(cè)了一個(gè)新的磁子冷卻效應(yīng)，類(lèi)似于熱電冷卻效應(yīng)，也即磁子在磁場(chǎng)梯度下會(huì)攜帶熱從磁鐵的一段傳輸?shù)搅硪欢恕?/p>

刺激新的實(shí)驗(yàn)

廖利用常見(jiàn)磁場(chǎng)絕緣體的特性，對(duì)磁子冷卻效應(yīng)在現(xiàn)存磁場(chǎng)材料里是如何工作的進(jìn)行了建模。他從之前的文獻(xiàn)里收集了這種材料的數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)輸入最新的模型。他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)材料的確能夠針對(duì)適度的磁場(chǎng)梯度產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，雖然這種效應(yīng)非常小，但這種效應(yīng)在低溫時(shí)非常顯著。

理論結(jié)果表明磁子冷卻效應(yīng)的第一批應(yīng)用或可以幫助某些項(xiàng)目的科學(xué)家，那些項(xiàng)目要求超低溫條件下的無(wú)線(xiàn)冷卻。“在這個(gè)階段，潛在的應(yīng)用是低溫學(xué)——例如，冷卻紅外探測(cè)器，”陳說(shuō)道。“然而，我們?nèi)孕枰獙?shí)驗(yàn)性的證明這種效應(yīng)并尋找更好的材料。我們希望這能鼓勵(lì)出新的實(shí)驗(yàn)。”

美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校的機(jī)械工程學(xué)教授施歷（Li Shi）表示，研究小組確定的磁場(chǎng)冷卻效應(yīng)是“用于研究旋轉(zhuǎn)和熱量之間耦合的極其有用的理論框架，它能潛在的刺激將磁子用作固態(tài)制冷系統(tǒng)里的工作‘流體’的概念。”施并未參與這項(xiàng)研究。

廖指出磁子還可成為改善現(xiàn)有熱電發(fā)動(dòng)機(jī)的新工具，雖然這種利用熱發(fā)電的能力非常創(chuàng)新，但仍相對(duì)低效?！跋胍c傳統(tǒng)技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)，熱電學(xué)還有很長(zhǎng)的路要走，”廖說(shuō)道?！把芯看艌?chǎng)自由度可以潛在的最優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)并改善熱電效率?！保ň幾g/嚴(yán)炎劉星）