科学家观察热量以声速传递 铅笔

科学家已经看到石墨中发生了一些神奇的事情，你的铅笔导致的东西是：热量以声音的速度在波浪中移动。

这有几个原因：热量不应该像波浪那样移动 - 它通常会向各个方向的抖动分子扩散和反弹;如果热能以波浪的形式传播，它可以在一个方向上远离其源头移动，从物体上同时切换能量。有一天，石墨中的这种传热行为可以用来快速冷却微电子。也就是说，如果他们能够使它在合理的温度下工作(他们在零下240华氏度或零下151摄氏度的低温下工作)。

麻省理工学院的一位化学家，研究员Keith Nelson告诉Live Science说：“如果它在一些材料中达到室温，那么就会有一些应用前景。”他补充说，这是任何人看到这种行为发生的最高温度。[物理学中18个最大的未解之谜]

坐上热火车

研究人员用加热的水壶描述了“正常”的热运动 - 在关闭燃烧器后，这种热能阻碍了空气分子的运动，空气分子相互撞击并在此过程中切断热量。这些分子在各个方向上反弹;这些分子中的一些分散回水壶。随着时间的推移，水壶水和周围环境在相同温度下达到平衡。

在固体中，分子不会移动，因为原子被锁定到位。“可以采取行动的是声波，”尼尔森说道，他与共同作者，麻省理工学院机械工程师陈刚一起与Live Science进行了交谈。相反，热量跳到声子上，或小声音振动包;声子可以反弹和散射，携带的热量就像空气分子一样。[什么是噪音?地球上11个奇怪而神秘的声音]

奇怪的热浪

这不是这个新实验中发生的事情。

陈先前的理论工作预测，当通过石墨或石墨烯时，热量可能像波浪一样传播。为了测试这一点，麻省理工学院的研究人员在他们的石墨表面上交叉了两个激光束，产生了所谓的干涉图案，其中有平行的光线和​​没有光线。这在石墨表面产生了相同的加热和未加热区域的图案。然后，他们将另一个激光束瞄准了设置，看看它一旦撞到石墨后发生了什么。

“正常情况下，热量会逐渐从加热区域扩散到未加热区域，直到温度模式被冲走，”尼尔森说。“相反，热量从加热区域流向未加热区域，并且即使在温度达到均衡之后也保持流动，因此未加热区域实际上比原始加热区域更温暖。”同时，加热区域比未加热区域更冷。而这一切都发生在呼吸急促 - 大致与通常用石墨传播的速度相同。[8种方法你可以看到爱因斯坦在现实生活中的相对论]

“热量流得更快，因为它以波浪状方式移动而没有散射，”尼尔森告诉Live Science。

他们是如何得到这种奇怪的行为，科学家称之为“第二声音”，发生在石墨中?

“从一个基本的角度来看，这不仅仅是普通的行为。在任何温度下，第二种声音都是用少量材料测量的。我们观察到的任何远远超出常规的东西都要求我们理解和解释它，”尼尔森说。 。

以下是他们的想法：石墨或3D材料具有分层结构，其中薄碳层几乎不知道另一个，因此它们的行为类似石墨烯，这是一种2D材料。由于尼尔森称之为“低维度”，在一层石墨中携带热量的声子不太可能在其他层上反弹和散射。此外，可以在石墨中形成的声子具有的波长大部分太大而不能在撞击到晶格中的原子后向后反射，这种现象称为反向散射。这些小声音数据包确实散射了一点，但主要是在一个方向上行进，这意味着平均来说，它们可以更快地行进很远的距离。

他们的研究于今天(3月14日)发表在“科学”杂志上。