Phoenix Science and Technology News Peking tijd op 1 augustus, Science Daily meldde dat volgens een nieuwe theorie voorgesteld door onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology in de Verenigde Staten, de magnetische koelkaststickers verzameld op het oppervlak van de koelkast op een dag zouden kunnen worden gebruikt als koelvloeistof. Deze theorie beschrijft de beweging van magnons, die quasideeltjes zijn van magneten en collectieve rotaties van magnetische momenten, of 'spins'. Naast het magnetische moment geleiden magnonen ook warmte. Met behulp van hun voorgestelde vergelijking ontdekten de MIT-onderzoekers dat magnons, wanneer ze worden blootgesteld aan magnetische veldgradiënten, van het ene uiteinde van een magneet naar het andere kunnen overgaan, warmte kunnen dragen en een verkoelend effect kunnen creëren. .
Nieuwe theorie voorspelt dat magneten kunnen fungeren als draadloze koelvloeistoffen
"Je kunt warmte van het ene uiteinde naar het andere pompen, dus in wezen kun je een magneet als koelkast gebruiken", zegt Bolin Liao, een afgestudeerde student aan de MIT School of Mechanical Engineering. "Je kunt je het toepassingsscenario van draadloze koeling voorstellen, zoals het toevoegen van een magnetisch veld aan een magneet op een of twee meter afstand van de computer om de computer te koelen."
In theorie zou de koelkast met magnetisch veld geen bewegende delen nodig hebben, in tegenstelling tot conventionele koelkasten, waarvoor vloeistof door een reeks buizen moet worden gezogen om te koelen. Liao en een andere afgestudeerde student, Jiawei Zhou, en Gang Chen, decaan van MIT's School of Mechanical Engineering, publiceerden het artikel over de theorie van magnetonkoeling in het tijdschrift Physical Review Letters.
"Nu hebben mensen een nieuwe theorie om te bestuderen hoe magnons bewegen onder naast elkaar bestaande velden en temperatuurgradiënten," zei Liao. "Deze vergelijkingen zijn fundamenteel voor het transport van magnonen."
verkoelend effect
In een ferromagnetische substantie kunnen gelokaliseerde magnetische momenten roteren en in verschillende richtingen uitlijnen. Bij het absolute nulpunt worden de lokale magnetische momenten uitgelijnd om de sterkste magnetische kracht in de magneet te creëren. Naarmate de temperatuur geleidelijk toeneemt, wordt de magneet zwakker en zwakker, naarmate meer en meer gelokaliseerde magnetische momenten wegdraaien van de uitlijningslijn, en de toenemende temperatuur een magnetische subset creëert.
Magnonen lijken in veel opzichten op elektronen, omdat ze zowel elektriciteit transporteren als warmte geleiden. Elektronen reageren op elektrische velden of temperatuurgradiënten - een fenomeen dat bekend staat als het thermo-elektrische effect. Wetenschappers hebben de afgelopen jaren verschillende toepassingen van dit effect onderzocht, zoals thermo-elektrische generatoren, die warmte direct kunnen omzetten in elektriciteit, of een verkoelend effect kunnen bereiken zonder bewegende delen.
Liao en zijn collega's identificeerden een soortgelijk "koppelingseffect" in magnons dat reageert op twee krachten: temperatuurgradiënten of magnetische velden. Omdat magnonen en elektronen zich in dit opzicht zeer gelijkaardig gedragen, stelden de onderzoekers een theorie van magnontransport voor op basis van de Boltzmann-transportvergelijking, een algemeen aanvaarde elektronentransportvergelijking in thermo-elektriciteit.
Op basis van de afleiding van deze vergelijking stelden Liao, Zhou en Chen twee nieuwe vergelijkingen voor om magnontransport te beschrijven. Met behulp van deze nieuwe vergelijkingen voorspelden ze een nieuw magnon-koeleffect, vergelijkbaar met het thermo-elektrische koeleffect, waarbij magnons warmte van het ene uiteinde van een magneet naar het andere transporteren onder magnetische veldgradiënten.
nieuwe experimenten stimuleren
Liao gebruikte de eigenschappen van gewone isolatoren voor magnetische velden om te modelleren hoe het koelende effect van magnonen werkt in bestaande magnetische veldmaterialen. Hij verzamelde gegevens over dit materiaal uit eerdere literatuur en voerde die gegevens vervolgens in het nieuwe model in. Ze ontdekten dat het materiaal inderdaad een koelend effect heeft voor bescheiden magnetische veldgradiënten, wat erg klein is maar significant bij lage temperaturen.
De theoretische resultaten suggereren dat de eerste toepassingen van magnon-koelingseffecten wetenschappers zouden kunnen helpen bij projecten die draadloze koeling bij ultralage temperaturen vereisen. "In dit stadium zijn mogelijke toepassingen cryogene technologie --, bijvoorbeeld het koelen van infrarooddetectoren," zei Chen. "We moeten dit effect echter nog experimenteel aantonen en betere materialen vinden. We hopen dat dit nieuwe experimenten zal aanmoedigen."
Het door het team geïdentificeerde magnetische veldkoelingseffect is "een uiterst nuttig theoretisch raamwerk voor het bestuderen van de koppeling tussen rotatie en warmte, wat mogelijk het concept van subgebruik als een werkende 'vloeistof' in solid-state koelsystemen kan stimuleren." Shi was niet betrokken bij het onderzoek.
Liao wijst erop dat magnons ook een nieuw hulpmiddel kunnen zijn voor het verbeteren van bestaande thermo-elektrische motoren, die, hoewel innovatief, nog steeds relatief inefficiënt zijn. "Er is nog een lange weg te gaan voor thermo-elektriciteit om te concurreren met conventionele technologieën," zei Liao. "Het onderzoeken van vrijheidsgraden van magnetische velden kan bestaande systemen mogelijk optimaliseren en de thermo-elektrische efficiëntie verbeteren."
