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磁铁或成未来冰箱制冷剂

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罗晨
2014-08-06 05:15
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[摘要] 科学家们预测磁铁能用作冰箱的制冷剂。

最近一期的《物理评论快报》报道了美国麻省理工学院的科学家近日发现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。科学家们预测磁铁能用作冰箱的制冷剂。

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。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。”参与研究的机械工程系研究生说,“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。”

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