在鐵磁體中,本地磁矩能夠旋轉並以不同方向排列。在絕對零度時,磁矩排列使磁體產生的磁力最強;隨著溫度上升,更多磁矩自旋變得更不同步,磁力會變弱。而磁振子就是隨著這種溫度升高而產生的。磁振子是磁鐵中的一種準粒子,是磁矩共同旋轉形成的,也叫“自旋子”。
磁振子很像電子。電子能同時攜帶電荷並導熱,能在電場或溫差作用下運動,這種現象即熱電效應。科學家一直在研究熱電效應,如熱電發電機把熱直接轉化為電,或不用任何運動部件來製冷。磁振子也能在兩種力的作用下運動:溫差和磁場。研究人員發展了熱電學中描述電子傳輸的玻爾茲曼傳輸方程,經推導後得到了兩個新方程來描述磁振子傳輸。他們能用新方程預測磁振子製冷效應,類似於熱電製冷效應。當磁振子處在有差異的磁場中,會攜帶熱量從磁體一端移動到另一端。
“你能把熱量從一邊吸到另一邊,從本質上說,就能把磁鐵用作製冷器。”參與研究的機械工程系研究生說,“你可以想像一種無線製冷,給放在一兩米外的一塊磁鐵,或你的便攜電腦施加磁場,就能給它降溫。”按照他們的理論,這種磁致冷冰箱無需任何會動的部件,不像傳統冰箱那樣,要用一根管子不斷地泵液體才能保持低溫。
MIT機械工程系主任認為,最先應用磁振子製冷效應的,可能是那些需要在極低溫度下無線製冷的研究。“就目前來說,可能的應用是在低溫領域,比如給紅外探測儀製冷。但我們還需要通過實驗來證明這一理論,並尋找更好的材料。我們希望這能促進新的實驗。”
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