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美科学家预测磁铁可作无线制冷器 可在低温领域应用

美科学家预测磁铁可作无线制冷器 可在低温领域应用

  或许有一天,你家的冰箱可以用磁铁来作“制冷剂”。美国麻省理工学院(MIT)科学家近日发展了热电学中描述电子传输的方程,用于描述磁振子传输,发现如果处在有差异的磁场中,磁振子可能会从磁铁一端运动到另一端,带走热量而产生制冷效果。相关论文发表在最近的《物理评论快报》上。

  在铁磁体中,本地磁矩能够旋转并以不同方向排列。在绝对零度时,磁矩排列使磁体产生的磁力最强;随着温度上升,更多磁矩自旋变得更不同步,磁力会变弱。而磁振子就是随着这种温度升高而产生的。磁振子是磁铁中的一种准粒子,是磁矩共同旋转形成的,也叫“自旋子”。

  磁振子很像电子。电子能同时携带电荷并导热,能在电场或温差作用下运动,这种现象即热电效应。据物理学家组织网7月29日(北京时间)报道,科学家一直在研究热电效应,如热电发电机把热直接转化为电,或不用任何运动部件来制冷。磁振子也能在两种力的作用下运动:温差和磁场。研究人员发展了热电学中描述电子传输的玻尔兹曼传输方程,经推导后得到了两个新方程来描述磁振子传输。他们能用新方程预测磁振子制冷效应,类似于热电制冷效应。当磁振子处在有差异的磁场中,会携带热量从磁体一端移动到另一端。

  他们用普通的磁绝缘体构建了模型,从以往资料中收集了这种材料的数据输入新模型中,发现存在一个温和的磁场梯度时,它能产生较小的制冷效应;而在低温情况下,制冷效应更明显。

  “你能把热量从一边吸到另一边,从本质上说,就能把磁铁用作制冷器。”MIT机械工程系研究生廖柏林(音译)说,“你可以想象一种无线制冷,给放在一两米外的一块磁铁,或你的便携电脑施加磁场,就能给它降温。”按照他们的理论,这种磁致冷冰箱无需任何会动的部件,不像传统冰箱那样,要用一根管子不断地泵液体才能保持低温。

  MIT机械工程系主任陈刚认为,最先应用磁振子制冷效应的,可能是那些需要在极低温度下无线制冷的研究。“就目前来说,可能的应用是在低温领域,比如给红外探测仪制冷。但我们还需要通过实验来证明这一理论,并寻找更好的材料。我们希望这能促进新的实验。”

  德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程教授史丽(音译)说,该研究小组发现的磁制冷效应是“一种研究自旋与热量结合的非常有用的理论框架,可能刺激出一些新想法,比如在固体制冷器系统中,用磁振子做工作‘液’。”

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