熱量如何從一個物體傳遞到另一個物(wù)體?通常我(wǒ)們(men)會想到,熱傳導和(hé)熱(rè)輻射。近日,美國科研團隊發現了熱量流動的另一種方式??“聲子隧道”。
熱量流動的(de)經典方(fāng)式確實是熱傳導和熱輻射:熱傳導是存在物理接觸的物體之(zhī)間熱量流動的過程,比如燒(shāo)在火爐上的一壺茶水;熱輻射則描(miáo)述了熱量(liàng)在遠距離之間的流動,比如太(tài)陽發射出的熱量。這兩種基本的熱量傳遞過程解釋了熱量在微觀和宏觀距離之間的轉移。但是對(duì)科學家而言,搞清楚熱量在亞納米級(jí)的間隙中如何流動(dòng)一直是個大難題。
據物理(lǐ)學家組織網近日報道,美國科研團隊憑借新的熱量(liàng)傳遞模型解釋了間(jiān)隙(xì)小於1納米的物體之間的熱(rè)量傳遞過程。他(tā)們發現,在亞納米(mǐ)級的間隙中(zhōng),熱(rè)量並不通(tōng)過熱傳導或熱輻射進行流動,而是通過所謂的“聲子隧道”。
聲子是晶體點陣中(zhōng)的原子在震動時產生的能(néng)量單元。例如,一粒食鹽晶體(tǐ)中包含像網格一樣排(pái)列的鈉原子和氯原子,這(zhè)些原子會一起震動並製造出能(néng)夠在晶體點陣中傳遞熱量的機(jī)械波。
科學家通(tōng)常認為,這些機械波或聲(shēng)子隻能在物體內承載熱量,無法在物(wù)體(tǐ)之(zhī)間傳遞熱量(liàng)。但(dàn)是,最新研究發現,聲子可以穿過亞納米級的間隙,像“鑽隧道”一樣從這個物體到達另一個物體進行熱(rè)量傳遞。
這個發(fā)現要得益於科研人員依據格林函數和微觀麥克斯韋(wéi)爾方程組設計出的新型熱量傳遞模(mó)型,該模(mó)型允許科研人員(yuán)對每個原(yuán)子的電磁場(chǎng)進行測量。借(jiè)助這個模型,他們探究了(le)兩個(gè)距離為1納(nà)米的氯(lǜ)化鈉晶體點陣之間的熱量傳遞過程。按照(zhào)經典理論,原子震動或聲子(zǐ)無法在超(chāo)過幾個原子的距離中進行熱量傳遞,但實驗發現,原子的磁場合力可(kě)以為(wéi)聲子“搭橋”讓它們通過(guò)並傳遞熱量。
在過去幾十年中,科學家一(yī)直試圖解釋熱量在更小的距離之間是如何傳遞的。有幾個科研團隊(duì)曾在實驗中測量了幾十納米間距(jù)中的熱輻射過(guò)程。然而(ér),當測(cè)量的間距調得越來(lái)越小時(shí),科研人員開始懷疑現有理論的有效性:現有的模型大多基(jī)於(yú)熱(rè)輻(fú)射(shè)理論,而這種理論卻抹去了熱量在原子之間傳遞的細節。
參與該項研究的科研人員稱,熱(rè)量在亞納米級間隙中的(de)傳遞一直(zhí)缺乏合理的理論解釋,而運用新設計的熱量傳遞模型發現的“聲子隧道”則填補了這個空(kōng)白。
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更多>2018-10-12