Oamenii de știință au văzut că ceva magic se întâmplă în interiorul grafitului, lucrurile din care plumbul tău este format: Căldura mișcată în valuri la viteza sunetului.
Acesta este destul de rad din mai multe motive: căldura nu trebuie să se miște ca un val - de obicei difuzează și respinge moleculele în fiecare direcție; Dacă căldura poate călători ca un val, ea se poate îndepărta într-o direcție în masă departe de sursa sa, un fel de energie de zapping totul dintr-o dată de un obiect. Într-o zi, acest comportament de transfer de căldură în grafit ar putea fi folosit pentru a răci microelectronica într-o clipă. Adică, dacă pot să funcționeze la o temperatură rezonabilă (lucrau la temperaturi de răcire osoasă de minus 240 de grade Fahrenheit, sau minus 151 grade Celsius).
„Dacă ar ajunge la temperatura camerei în unele materiale, atunci ar exista perspective pentru unele aplicații”, a declarat cercetătorul de studiu Keith Nelson, chimist MIT, la Live Science, adăugând că aceasta este cea mai ridicată temperatură pe care oricine a văzut că acest comportament se întâmplă.
Urcați pe trenul termic
Cercetătorii au descris mișcarea de căldură „normală” folosind un ceainic încălzit - După oprirea arzătorului, acea energie termică atinge moleculele de aer, care se lovesc reciproc și redau căldura în acest proces. Aceste molecule sări în toate direcțiile; unele dintre aceste molecule se risipesc chiar înapoi la ibric. În timp, apa fierbătoare și împrejurimile ating echilibrul la aceeași temperatură.
În solide, moleculele nu se mișcă deoarece atomii sunt blocați în poziție. „Lucrul care se poate mișca este undele sonore”, a spus Nelson, care a vorbit cu Live Science împreună cu coautorul Gang Chen, un inginer mecanic la MIT.
Mai degrabă, hamei de căldură pe fononi sau pachete mici de vibrații sonore; fononii pot sări și se împrăștiază, transportând un fel de căldură asemenea moleculelor de aer din fierbător.
Un val de căldură ciudat
Nu asta s-a întâmplat în acest nou experiment.
Lucrările teoretice anterioare ale lui Chen au prezis că căldura ar putea călători ca un val atunci când treceți prin grafit sau grafen. Pentru a testa acest lucru, cercetătorii MIT au traversat două fascicule laser pe suprafața grafitului lor, creând ceea ce se numește un model de interferență în care existau linii paralele de lumină și fără lumină. Acest lucru a creat același tip de regiuni încălzite și neîncălzite la suprafața grafitului. Apoi, au îndreptat un alt fascicul laser la configurare pentru a vedea ce s-a întâmplat odată ce a lovit grafitul.
"În mod normal, căldura se va difuza treptat de la regiunile încălzite la regiunile neîncălzite, până la spălarea temperaturii", a spus Nelson. "În schimb, căldura curgea de la regiunile încălzite la cele nesîncălzite și a continuat să curgă chiar și după ce temperatura a fost egalizată peste tot, astfel încât regiunile neîncălzite erau de fapt mai calde decât regiunile încălzite inițial." Între timp, regiunile încălzite au devenit și mai reci decât regiunile neîncălzite. Și totul s-a întâmplat rapid, cam la aceeași viteză cu care sunetul circulă în mod normal în grafit.
"Căldura curgea mult mai repede, deoarece se mișca într-un mod asemănător valurilor, fără a se împrăștia", a spus Nelson la Live Science.
Cum au obținut acest comportament ciudat, pe care oamenii de știință îl numesc „al doilea sunet”, în grafit?
"Dintr-o perspectivă fundamentală, acesta nu este doar un comportament obișnuit. Al doilea sunet a fost măsurat doar într-o mână de materiale oricând, la orice temperatură. Orice observăm care este departe de obișnuit ne provoacă să-l înțelegem și să-l explicăm", a spus Nelson. .
Iată ce cred ei că se întâmplă: Grafitul, sau un material 3D, are o structură stratificată în care straturile subțiri de carbon știu cu greu că celălalt există, și astfel se comportă ca grafenul, care este un material 2D. Din cauza a ceea ce Nelson numește această „dimensionalitate scăzută”, fononii care transportă căldura într-un strat al grafitului sunt mult mai puțin susceptibili să sară și să se împrăștie pe alte straturi. De asemenea, fononii care se pot forma în grafit au lungimi de undă care sunt în mare parte prea mari pentru a reflecta înapoi după ce s-au prăbușit în atomi în zăbrele, fenomen cunoscut sub numele de retrospectiv. Aceste mici pachete de sunet se împrăștie un pic, dar călătoresc mai ales într-o direcție, ceea ce înseamnă că, în medie, ar putea parcurge o distanță mare mult mai repede.
Nota editorului: Acest articol a fost actualizat pentru a clarifica unele dintre metodele din experiment și faptul că căldura a călătorit cam la aceeași viteză cu care sunetul ar călători prin grafit, nu prin aer, așa cum s-a spus anterior.
