美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的研究小組填補(bǔ)了原子級(jí)熱運(yùn)動(dòng)方面的知識(shí)空白。這一新認(rèn)識(shí)有望增強(qiáng)材料，推動(dòng)一種名為固態(tài)冷卻的新興技術(shù)的發(fā)展。研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
固態(tài)冷卻是一種環(huán)保創(chuàng)新技術(shù)，可以高效冷卻日常生活中的許多物品，從食物到車(chē)輛再到電子產(chǎn)品，無(wú)需傳統(tǒng)的制冷劑液體和氣體或移動(dòng)部件。該系統(tǒng)通過(guò)安靜、緊湊和輕便的系統(tǒng)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。
盡管改進(jìn)材料的發(fā)現(xiàn)和更高質(zhì)量設(shè)備的發(fā)明已經(jīng)有助于促進(jìn)新冷卻方法的發(fā)展，但對(duì)材料增強(qiáng)的更深入了解至關(guān)重要。研究小組使用一套中子散射儀器在原子尺度上檢查了一種科學(xué)家認(rèn)為是固態(tài)冷卻最佳候選材料。
這種材料是一種鎳鈷錳銦磁性形狀記憶合金，可以通過(guò)升高溫度或施加磁場(chǎng)使其發(fā)生相變，從而變形并恢復(fù)到原來(lái)的形狀。當(dāng)受到磁場(chǎng)影響時(shí)，該材料會(huì)發(fā)生磁性和結(jié)構(gòu)相變，在此期間它會(huì)吸收和釋放熱量，這種行為稱(chēng)為磁熱效應(yīng)。
在固態(tài)冷卻應(yīng)用中，這種效應(yīng)可用于提供制冷。該材料的主要特征是其接近無(wú)序狀態(tài)，即所謂的鐵性玻璃態(tài)，因?yàn)樗鼈兲峁┝艘环N增強(qiáng)材料儲(chǔ)存和釋放熱量能力的方法。
磁振子(又稱(chēng)自旋波)和聲子(又稱(chēng)振動(dòng))在材料中無(wú)序排列的原子中分布的小區(qū)域中以同步舞蹈的方式耦合。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些小區(qū)域中的行為模式(在團(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹這項(xiàng)研究的論文中稱(chēng)為局部混合磁振子-聲子模式)對(duì)材料的熱性能具有重要意義
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