Phoenix Science and Technology News horário de Pequim em 1º de agosto, o Science Daily informou que, de acordo com uma nova teoria proposta por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, os adesivos magnéticos de geladeira reunidos na superfície da geladeira poderiam um dia ser usados como refrigerante. Esta teoria descreve o movimento dos magnons, que são quase partículas de ímãs e rotações coletivas de momentos magnéticos, ou "spins". Além do momento magnético, os magnons também conduzem calor. Usando sua equação proposta, os pesquisadores do MIT descobriram que, quando expostos a gradientes de campo magnético, os magnons podem se transferir de uma extremidade de um ímã para a outra, transportando calor e criando um efeito de resfriamento. .
Nova teoria prevê que ímãs podem atuar como refrigerantes sem fio
“Você pode bombear calor de uma ponta a outra, então basicamente você pode usar um ímã como geladeira”, diz Bolin Liao, estudante de pós-graduação da Escola de Engenharia Mecânica do MIT. "Você pode imaginar o cenário de aplicação do resfriamento sem fio, como adicionar um campo magnético a um ímã a um ou dois metros de distância do computador para resfriá-lo."
Em teoria, o refrigerador movido a campo magnético não exigiria partes móveis, ao contrário dos refrigeradores convencionais, que exigem que o fluido seja puxado através de uma série de tubos para resfriamento. Liao e outro estudante de pós-graduação, Jiawei Zhou, e Gang Chen, reitor da Escola de Engenharia Mecânica do MIT, publicaram o artigo sobre a teoria do resfriamento do magneton na revista Physical Review Letters.
"Agora as pessoas têm uma nova teoria para estudar como os magnons se movem sob campos coexistentes e gradientes de temperatura", disse Liao. "Essas equações são fundamentais para o transporte de magnons."
efeito de resfriamento
Em uma substância ferromagnética, momentos magnéticos localizados podem girar e se alinhar em diferentes direções. No zero absoluto, os momentos magnéticos locais se alinham para criar a força magnética mais forte no ímã. À medida que a temperatura aumenta gradualmente, o ímã se torna cada vez mais fraco, à medida que mais e mais momentos magnéticos localizados giram para longe da linha de alinhamento, e o aumento da temperatura cria um subconjunto magnético.
Os magnons são semelhantes em muitos aspectos aos elétrons, pois ambos transportam eletricidade e conduzem calor. Os elétrons respondem a campos elétricos ou gradientes de temperatura – um fenômeno conhecido como efeito termoelétrico. Nos últimos anos, os cientistas investigaram várias aplicações desse efeito, como geradores termoelétricos, que podem converter calor diretamente em eletricidade ou obter um efeito de resfriamento sem partes móveis.
Liao e seus colegas identificaram um efeito de "acoplamento" semelhante em magnons que responde a duas forças: gradientes de temperatura ou campos magnéticos. Como os magnons e os elétrons se comportam de maneira muito semelhante a esse respeito, os pesquisadores propuseram uma teoria do transporte de magnons baseada na equação de transporte de Boltzmann, uma equação de transporte de elétrons amplamente aceita em termoelétricas.
Com base na derivação desta equação, Liao, Zhou e Chen propuseram duas novas equações para descrever o transporte de magnon. Usando essas novas equações, eles previram um novo efeito de resfriamento do magnon, semelhante ao efeito de resfriamento termoelétrico, no qual os magnons transportam calor de uma extremidade de um ímã para a outra sob gradientes de campo magnético.
estimular novos experimentos
Liao usou as propriedades de isoladores de campo magnético comuns para modelar como o efeito de resfriamento dos magnons funciona em materiais de campo magnético existentes. Ele coletou dados sobre esse material da literatura anterior e, em seguida, inseriu esses dados no novo modelo. Eles descobriram que o material realmente tem um efeito de resfriamento para gradientes de campo magnético modestos, que é muito pequeno, mas significativo em baixas temperaturas.
Os resultados teóricos sugerem que as primeiras aplicações dos efeitos de resfriamento do magnon podem ajudar os cientistas em projetos que exigem resfriamento sem fio em temperaturas ultrabaixas. "Nesta fase, as aplicações potenciais são criogenia -- por exemplo, resfriando detectores infravermelhos", disse Chen. "No entanto, ainda precisamos demonstrar experimentalmente esse efeito e encontrar materiais melhores. Esperamos que isso encoraje novos experimentos."
O efeito de resfriamento do campo magnético identificado pela equipe é "uma estrutura teórica extremamente útil para estudar o acoplamento entre rotação e calor, que pode potencialmente estimular o conceito de sub-uso como um 'fluido' de trabalho em sistemas de refrigeração de estado sólido". Shi não estava envolvido no estudo.
Liao destaca que os magnons também podem ser uma nova ferramenta para melhorar os motores termoelétricos existentes, que, embora inovadores, ainda são relativamente ineficientes. "Ainda há um longo caminho a percorrer para as termelétricas competirem com as tecnologias convencionais", disse Liao. “Investigar os graus de liberdade do campo magnético pode potencialmente otimizar os sistemas existentes e melhorar a eficiência termoelétrica”.
