磁場能改變熱流傳遞的方向

中國科技網作者： 楊雪

    中國科技網訊 據《自然》雜志網站近日報道，意大利比薩的NEST納米科學研究所的科學家在最新研究中發現，磁場能控制個體間熱流傳遞的方向，使熱量可能從較冷個體傳遞到較熱個體。

    物理學家布萊恩·約瑟夫森曾在1962年預測，電子可以在兩個被一層薄絕緣體分開的超導體之間“打開通道”，這一過程在傳統物理學中是不允許的。約瑟夫森隨后制作了超導量子干涉器件(SQUIDs)，SQUIDs包括兩個Y形的超導體，連接形成回路，還有兩個絕緣薄片夾在中間。

    該研究所的弗朗西斯科·賈佐托和瑪麗亞·何塞·馬丁內斯·佩雷斯測量了SQUIDs器件的熱特性，即里面的電子如何進行熱傳遞。他們對SQUIDs器件的一端進行了加熱，并測量了與之相連的電極溫度。結果發現，當他們改變穿過回路的磁場時，流過SQUIDs器件的熱量也會跟著變化。

    該發現在一定程度上顛覆了熱傳遞，使熱量可能從較冷個體傳遞到較熱個體。這顯然違反熱力學第二定律——熱量永遠從較熱個體傳遞到較冷個體。但賈佐托認為，上述過程其實完全合理，因為只有部分熱流發生相位變化。如果僅考慮單電子熱傳遞，凈流仍然是從熱端到冷端。

    這種熱流的變換可以依據該超導體的“相位”來解釋，波函數波峰和波谷的位置描述了SQUIDs器件回路中的超導電子對。最大熱流發生在當回路一半的波峰與另一半的波峰相遇時，反之，當波峰與波谷相遇，熱流處于最小值。磁場使這些相位相互轉換，從而改變熱流。

    荷蘭代爾夫特理工大學的克萊普維克認為，賈佐托他們的研究“可愛”但“不驚人”，并懷疑其實際應用價值。他說：“唯一可能的領域是固態制冷，取代低溫冷卻液。”

    但賈佐托認為，研究有助于實現微型高效熱機的開發。他也希望該研究成為“相干熱量”的基礎，用熱交換代替電信號傳遞信息。之前，賈佐托和其他人已經建造了用電而不是磁來控制熱交換的設備。
本篇文章來源于 科技網|www.stdaily.com
原文鏈接：http://www.stdaily.com/stdaily/content/2012-12/27/content_556802.htm