피닉스 과학 기술 뉴스 베이징 시간 8월 1일 사이언스 데일리는 미국 매사추세츠 공과 대학의 연구원들이 제안한 새로운 이론에 따르면 냉장고 표면에 모인 자석 냉장고 스티커가 언젠가는 사용될 수 있다고 보도했습니다. 냉각수로. 이 이론은 자석의 준입자이자 자기 모멘트의 집합적 회전인 "스핀"인 마그논의 운동을 설명합니다. 마그논은 자기 모멘트 외에도 열을 전도합니다. 제안된 방정식을 사용하여 MIT 연구원은 자기장 기울기에 노출될 때 마그논이 자석의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동하여 열을 전달하고 냉각 효과를 생성할 수 있음을 발견했습니다. .
새로운 이론은 자석이 무선 냉각제 역할을 할 수 있다고 예측합니다.
"한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 열을 펌핑할 수 있으므로 본질적으로 자석을 냉장고로 사용할 수 있습니다."라고 MIT 기계 공학부의 대학원생인 Bolin Liao는 말합니다. "컴퓨터 냉각을 위해 컴퓨터에서 1~2미터 떨어진 자석에 자기장을 추가하는 것과 같은 무선 냉각의 응용 시나리오를 상상할 수 있습니다."
이론상 자기장으로 구동되는 냉장고는 냉각을 위해 일련의 튜브를 통해 유체를 끌어내야 하는 기존 냉장고와 달리 움직이는 부품이 필요하지 않습니다. Liao와 또 다른 대학원생인 Jiawei Zhou와 MIT 기계공학부 학장인 Gang Chen은 Physical Review Letters 저널에 마그네톤 냉각 이론에 대한 논문을 발표했습니다.
Liao는 "이제 사람들은 공존하는 장과 온도 구배에서 마그논이 어떻게 움직이는지를 연구하는 새로운 이론을 갖게 되었습니다."라고 말했습니다. "이 방정식은 마그논 수송의 기본입니다."
냉각 효과
강자성 물질에서 국부적인 자기 모멘트는 다른 방향으로 회전하고 정렬할 수 있습니다. 절대 영도에서 국부 자기 모멘트는 자석에서 가장 강한 자기력을 생성하도록 정렬됩니다. 온도가 점차 증가함에 따라 자석은 점점 더 약해지고, 더 많은 국부적인 자기 모멘트가 정렬 라인에서 멀어지게 회전하고 온도가 증가하면 자기 부분 집합이 생성됩니다.
마그논은 전기를 운반하고 열을 전도한다는 점에서 전자와 여러 면에서 유사합니다. 전자는 열전 효과로 알려진 현상인 전기장 또는 온도 구배에 반응합니다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 열을 직접 전기로 변환하거나 움직이는 부품 없이 냉각 효과를 얻을 수 있는 열전 발전기와 같은 이 효과의 다양한 적용을 조사했습니다.
Liao와 그의 동료들은 온도 구배 또는 자기장이라는 두 가지 힘에 반응하는 유사한 "결합" 효과를 마그논에서 확인했습니다. 이와 관련하여 마그논과 전자는 매우 유사하게 행동하기 때문에 연구원들은 열전기에서 널리 받아 들여지는 전자 수송 방정식인 볼츠만 수송 방정식을 기반으로 마그논 수송 이론을 제안했습니다.
이 방정식의 유도를 기반으로 Liao, Zhou 및 Chen은 마그논 수송을 설명하기 위해 두 가지 새로운 방정식을 제안했습니다. 이 새로운 방정식을 사용하여 그들은 열전 냉각 효과와 유사한 새로운 마그논 냉각 효과를 예측했습니다. 마그논은 자기장 구배에서 자석의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 열을 전달합니다.
새로운 실험을 자극하다
Liao는 일반적인 자기장 절연체의 특성을 사용하여 기존 자기장 재료에서 마그논의 냉각 효과가 어떻게 작용하는지 모델링했습니다. 그는 이전 문헌에서 이 자료에 대한 데이터를 수집한 다음 해당 데이터를 새 모델에 입력했습니다. 그들은 재료가 실제로 낮은 온도에서 매우 작지만 중요한 적당한 자기장 기울기에 대한 냉각 효과를 가지고 있음을 발견했습니다.
이론적 결과는 마그논 냉각 효과의 첫 번째 적용이 초저온에서 무선 냉각이 필요한 프로젝트에서 과학자들에게 도움이 될 수 있음을 시사합니다. Chen은 "이 단계에서 잠재적인 응용 분야는 냉각 적외선 감지기와 같은 극저온{1}}입니다. "그러나 우리는 여전히 이 효과를 실험적으로 입증하고 더 나은 재료를 찾아야 합니다. 이것이 새로운 실험을 장려하기를 바랍니다."
팀이 확인한 자기장 냉각 효과는 "고체 냉동 시스템에서 작동하는 '유체'로서의 하위 사용 개념을 잠재적으로 자극할 수 있는 회전과 열 사이의 결합을 연구하는 데 매우 유용한 이론적 프레임워크"입니다. Shi는 연구에 참여하지 않았습니다.
Liao는 마그논이 기존 열전 엔진을 개선하기 위한 새로운 도구가 될 수도 있다고 지적합니다. 이는 혁신적이지만 여전히 상대적으로 비효율적입니다. Liao는 "열전 기술이 기존 기술과 경쟁하려면 아직 갈 길이 멀다"고 말했습니다. "자계의 자유도를 조사하면 잠재적으로 기존 시스템을 최적화하고 열전 효율을 향상시킬 수 있습니다."
