磁場能改變熱流傳遞的方向

中國科技網(wǎng)作者： 楊雪

    中國科技網(wǎng)訊 據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站近日報(bào)道，意大利比薩的NEST納米科學(xué)研究所的科學(xué)家在最新研究中發(fā)現(xiàn)，磁場能控制個(gè)體間熱流傳遞的方向，使熱量可能從較冷個(gè)體傳遞到較熱個(gè)體。

    物理學(xué)家布萊恩·約瑟夫森曾在1962年預(yù)測，電子可以在兩個(gè)被一層薄絕緣體分開的超導(dǎo)體之間“打開通道”，這一過程在傳統(tǒng)物理學(xué)中是不允許的。約瑟夫森隨后制作了超導(dǎo)量子干涉器件(SQUIDs)，SQUIDs包括兩個(gè)Y形的超導(dǎo)體，連接形成回路，還有兩個(gè)絕緣薄片夾在中間。

    該研究所的弗朗西斯科·賈佐托和瑪麗亞·何塞·馬丁內(nèi)斯·佩雷斯測量了SQUIDs器件的熱特性，即里面的電子如何進(jìn)行熱傳遞。他們對SQUIDs器件的一端進(jìn)行了加熱，并測量了與之相連的電極溫度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們改變穿過回路的磁場時(shí)，流過SQUIDs器件的熱量也會跟著變化。

    該發(fā)現(xiàn)在一定程度上顛覆了熱傳遞，使熱量可能從較冷個(gè)體傳遞到較熱個(gè)體。這顯然違反熱力學(xué)第二定律——熱量永遠(yuǎn)從較熱個(gè)體傳遞到較冷個(gè)體。但賈佐托認(rèn)為，上述過程其實(shí)完全合理，因?yàn)橹挥胁糠譄崃靼l(fā)生相位變化。如果僅考慮單電子熱傳遞，凈流仍然是從熱端到冷端。

    這種熱流的變換可以依據(jù)該超導(dǎo)體的“相位”來解釋，波函數(shù)波峰和波谷的位置描述了SQUIDs器件回路中的超導(dǎo)電子對。最大熱流發(fā)生在當(dāng)回路一半的波峰與另一半的波峰相遇時(shí)，反之，當(dāng)波峰與波谷相遇，熱流處于最小值。磁場使這些相位相互轉(zhuǎn)換，從而改變熱流。

    荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的克萊普維克認(rèn)為，賈佐托他們的研究“可愛”但“不驚人”，并懷疑其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。他說：“唯一可能的領(lǐng)域是固態(tài)制冷，取代低溫冷卻液。”

    但賈佐托認(rèn)為，研究有助于實(shí)現(xiàn)微型高效熱機(jī)的開發(fā)。他也希望該研究成為“相干熱量”的基礎(chǔ)，用熱交換代替電信號傳遞信息。之前，賈佐托和其他人已經(jīng)建造了用電而不是磁來控制熱交換的設(shè)備。
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