美科學(xué)家預(yù)測(cè)磁鐵可作無(wú)線制冷器

    或許有一天，你家的冰箱可以用磁鐵來(lái)作“制冷劑”。美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）科學(xué)家近日發(fā)展了熱電學(xué)中描述電子傳輸?shù)姆匠蹋糜诿枋龃耪褡觽鬏?，發(fā)現(xiàn)如果處在有差異的磁場(chǎng)中，磁振子可能會(huì)從磁鐵一端運(yùn)動(dòng)到另一端，帶走熱量而產(chǎn)生制冷效果。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

    在鐵磁體中，本地磁矩能夠旋轉(zhuǎn)并以不同方向排列。在絕對(duì)零度時(shí)，磁矩排列使磁體產(chǎn)生的磁力最強(qiáng)；隨著溫度上升，更多磁矩自旋變得更不同步，磁力會(huì)變?nèi)?。而磁振子就是隨著這種溫度升高而產(chǎn)生的。磁振子是磁鐵中的一種準(zhǔn)粒子，是磁矩共同旋轉(zhuǎn)形成的，也叫“自旋子”。

    磁振子很像電子。電子能同時(shí)攜帶電荷并導(dǎo)熱，能在電場(chǎng)或溫差作用下運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象即熱電效應(yīng)。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月29日（北京時(shí)間）報(bào)道，科學(xué)家一直在研究熱電效應(yīng)，如熱電發(fā)電機(jī)把熱直接轉(zhuǎn)化為電，或不用任何運(yùn)動(dòng)部件來(lái)制冷。磁振子也能在兩種力的作用下運(yùn)動(dòng)：溫差和磁場(chǎng)。研究人員發(fā)展了熱電學(xué)中描述電子傳輸?shù)牟柶澛鼈鬏敺匠?，?jīng)推導(dǎo)后得到了兩個(gè)新方程來(lái)描述磁振子傳輸。他們能用新方程預(yù)測(cè)磁振子制冷效應(yīng)，類似于熱電制冷效應(yīng)。當(dāng)磁振子處在有差異的磁場(chǎng)中，會(huì)攜帶熱量從磁體一端移動(dòng)到另一端。

    他們用普通的磁絕緣體構(gòu)建了模型，從以往資料中收集了這種材料的數(shù)據(jù)輸入新模型中，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)溫和的磁場(chǎng)梯度時(shí)，它能產(chǎn)生較小的制冷效應(yīng)；而在低溫情況下，制冷效應(yīng)更明顯。

    “你能把熱量從一邊吸到另一邊，從本質(zhì)上說(shuō)，就能把磁鐵用作制冷器?！盡IT機(jī)械工程系研究生廖柏林（音譯）說(shuō)，“你可以想象一種無(wú)線制冷，給放在一兩米外的一塊磁鐵，或你的便攜電腦施加磁場(chǎng)，就能給它降溫?！卑凑账麄兊睦碚摚@種磁致冷冰箱無(wú)需任何會(huì)動(dòng)的部件，不像傳統(tǒng)冰箱那樣，要用一根管子不斷地泵液體才能保持低溫。

    MIT機(jī)械工程系主任陳剛認(rèn)為，最先應(yīng)用磁振子制冷效應(yīng)的，可能是那些需要在極低溫度下無(wú)線制冷的研究?！熬湍壳皝?lái)說(shuō)，可能的應(yīng)用是在低溫領(lǐng)域，比如給紅外探測(cè)儀制冷。但我們還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這一理論，并尋找更好的材料。我們希望這能促進(jìn)新的實(shí)驗(yàn)。”

    德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校機(jī)械工程教授史麗（音譯）說(shuō)，該研究小組發(fā)現(xiàn)的磁制冷效應(yīng)是“一種研究自旋與熱量結(jié)合的非常有用的理論框架，可能刺激出一些新想法，比如在固體制冷器系統(tǒng)中，用磁振子做工作‘液’?！?/P>