Phoenix Science and Technology News ตามเวลาปักกิ่งเมื่อวันที่ 1 สิงหาคม Science Daily รายงานว่าตามทฤษฎีใหม่ที่เสนอโดยนักวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในสหรัฐอเมริกา วันหนึ่ง สติ๊กเกอร์ติดตู้เย็นแบบแม่เหล็กที่รวบรวมบนพื้นผิวของตู้เย็นจะสามารถนำมาใช้ได้ เป็นสารหล่อเย็น ทฤษฎีนี้อธิบายการเคลื่อนที่ของแม็กนอน ซึ่งเป็นควอซิเพิลเคิลของแม่เหล็กและการหมุนรวมของโมเมนต์แม่เหล็ก หรือ "สปิน" นอกจากโมเมนต์แม่เหล็กแล้ว แมกนอนยังนำความร้อนอีกด้วย นักวิจัยของ MIT ได้ใช้สมการที่เสนอนี้พบว่าเมื่อสัมผัสกับการไล่ระดับของสนามแม่เหล็ก แมกน่อนอาจถ่ายโอนจากปลายด้านหนึ่งของแม่เหล็กไปยังอีกด้านหนึ่ง ทำให้เกิดความร้อนและทำให้เกิดความเย็น .
ทฤษฎีใหม่คาดการณ์ว่าแม่เหล็กสามารถทำหน้าที่เป็นสารหล่อเย็นแบบไร้สายได้
"คุณสามารถปั๊มความร้อนจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งได้ ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วคุณสามารถใช้แม่เหล็กเป็นตู้เย็นได้" Bolin Liao นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก School of Mechanical Engineering ของ MIT กล่าว "คุณสามารถจินตนาการถึงสถานการณ์การใช้งานของระบบทำความเย็นแบบไร้สาย เช่น การเพิ่มสนามแม่เหล็กให้กับแม่เหล็กที่อยู่ห่างจากคอมพิวเตอร์หนึ่งหรือสองเมตรเพื่อทำให้คอมพิวเตอร์เย็นลง"
ตามทฤษฎีแล้ว ตู้เย็นที่ใช้สนามแม่เหล็กจะไม่ต้องการชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ซึ่งแตกต่างจากตู้เย็นทั่วไปซึ่งต้องใช้ของเหลวไหลผ่านท่อต่างๆ เพื่อทำความเย็น Liao และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาอีกคนหนึ่ง Jiawei Zhou และ Gang Chen คณบดี School of Mechanical Engineering ของ MIT ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับทฤษฎีการระบายความร้อนด้วยแมกนีตันในวารสาร Physical Review Letters
Liao กล่าวว่า "ตอนนี้ผู้คนมีทฤษฎีใหม่ในการศึกษาว่าแมกนอนเคลื่อนที่อย่างไรภายใต้ทุ่งที่อยู่ร่วมกันและการไล่ระดับอุณหภูมิ "สมการเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการขนส่งแม็กนง"
ผลเย็น
ในสารแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก โมเมนต์แม่เหล็กที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นสามารถหมุนและจัดแนวในทิศทางต่างๆ ที่ศูนย์สัมบูรณ์ โมเมนต์แม่เหล็กในพื้นที่จะเรียงตัวกันเพื่อสร้างแรงแม่เหล็กที่แรงที่สุดในแม่เหล็ก เมื่ออุณหภูมิค่อยๆ เพิ่มขึ้น แม่เหล็กจะอ่อนลงและอ่อนลง เนื่องจากโมเมนต์แม่เหล็กที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นมากขึ้นเรื่อยๆ หมุนออกจากแนวการจัดตำแหน่ง และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะสร้างชุดย่อยของแม่เหล็ก
Magnons มีความคล้ายคลึงกันในหลาย ๆ ด้านกับอิเล็กตรอนเนื่องจากทั้งสองมีกระแสไฟฟ้าและนำความร้อน อิเล็กตรอนตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าหรือการไล่ระดับอุณหภูมิ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเทอร์โมอิเล็กทริก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบการใช้งานต่างๆ ของเอฟเฟกต์นี้ เช่น เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริก ซึ่งสามารถแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าได้โดยตรง หรือบรรลุผลการทำความเย็นโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
Liao และเพื่อนร่วมงานของเขาระบุเอฟเฟกต์ "coupling" ที่คล้ายกันในแม็กนอนที่ตอบสนองต่อแรงสองอย่าง: การไล่ระดับอุณหภูมิหรือสนามแม่เหล็ก เนื่องจากแมกนอนและอิเล็กตรอนมีพฤติกรรมคล้ายกันมากในเรื่องนี้ นักวิจัยได้เสนอทฤษฎีการขนส่งแมกนอนโดยใช้สมการการขนส่งของโบลต์ซมันน์ ซึ่งเป็นสมการการขนส่งอิเล็กตรอนที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางในเทอร์โมอิเล็กทริก
จากที่มาของสมการนี้ Liao, Zhou และ Chen ได้เสนอสมการใหม่สองสมการเพื่ออธิบายการขนส่ง Magnon โดยใช้สมการใหม่เหล่านี้ พวกเขาทำนายผลการทำความเย็นแบบแมกนอนแบบใหม่ ซึ่งคล้ายกับเอฟเฟกต์การระบายความร้อนด้วยเทอร์โมอิเล็กทริก ซึ่งแมกนอนจะนำความร้อนจากปลายด้านหนึ่งของแม่เหล็กไปยังอีกด้านหนึ่งภายใต้การไล่ระดับของสนามแม่เหล็ก
กระตุ้นการทดลองใหม่
Liao ใช้คุณสมบัติของฉนวนสนามแม่เหล็กทั่วไปเพื่อจำลองว่าเอฟเฟกต์ความเย็นของแม็กนอนทำงานอย่างไรในวัสดุสนามแม่เหล็กที่มีอยู่ เขารวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับเนื้อหานี้จากเอกสารก่อนหน้า แล้วป้อนข้อมูลนั้นลงในแบบจำลองใหม่ พวกเขาพบว่าวัสดุนี้มีผลเย็นลงสำหรับการไล่ระดับสนามแม่เหล็กเล็กน้อย ซึ่งมีขนาดเล็กมากแต่มีนัยสำคัญที่อุณหภูมิต่ำ
ผลทางทฤษฎีชี้ให้เห็นว่าการใช้งานครั้งแรกของเอฟเฟกต์การทำความเย็นแบบแม็กนอนสามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์ในโครงการที่ต้องการการระบายความร้อนแบบไร้สายที่อุณหภูมิต่ำมาก "ในขั้นตอนนี้ การใช้งานที่เป็นไปได้คืออุณหภูมิที่เย็นจัด -- ตัวอย่างเช่น เครื่องตรวจจับอินฟราเรดแบบระบายความร้อน" Chen กล่าว "อย่างไรก็ตาม เรายังคงต้องทดลองแสดงผลกระทบนี้และค้นหาวัสดุที่ดีกว่า เราหวังว่าสิ่งนี้จะกระตุ้นให้เกิดการทดลองใหม่"
ผลการระบายความร้อนของสนามแม่เหล็กที่ทีมระบุคือ "กรอบทฤษฎีที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในการศึกษาการเชื่อมต่อระหว่างการหมุนและความร้อน ซึ่งอาจกระตุ้นแนวคิดของการใช้งานย่อยเป็น 'ของไหล' ที่ทำงานในระบบทำความเย็นแบบโซลิดสเตต" ชิไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษา
Liao ชี้ให้เห็นว่า Magnons อาจเป็นเครื่องมือใหม่สำหรับการปรับปรุงเครื่องยนต์เทอร์โมอิเล็กทริกที่มีอยู่ ซึ่งในขณะที่นวัตกรรมยังค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ "ยังคงมีทางยาวสำหรับเทอร์โมอิเล็กทริกเพื่อแข่งขันกับเทคโนโลยีแบบเดิม" Liao กล่าว "การตรวจสอบองศาอิสระของสนามแม่เหล็กสามารถเพิ่มประสิทธิภาพระบบที่มีอยู่และปรับปรุงประสิทธิภาพเทอร์โมอิเล็กทริกได้"
