A tudósok láttak valami varázslatos eseményt a grafit belsejében, a dolgokból, amelyekből a ceruza vezet: A hő hullámokban mozog a hangsebességgel.
Ez nagyon gyenge néhány okból: A hőnek nem szabad úgy mozognia, mint egy hullámnak - általában szóródik és lepattan a mozgó molekulákról minden irányba; Ha a hő hullámként képes elmozdulni, akkor egy irányba mozoghat tömegesen a forrásától, és egyfajta zavaró energiát kaphat egyszerre egy tárgytól. Valamikor ez a hőátadó viselkedés a grafitban felhasználható egy pillanat alatt a mikroelektronika lehűtésére. Vagyis ha ésszerű hőmérsékletet tudnak elérni (a csonthűtés hőmérséklete mínusz 240 fok Fahrenheit vagy mínusz 151 Celsius fok volt).
"Ha bizonyos anyagokban szobahőmérsékletre melegszik, akkor bizonyos alkalmazásokra is számíthatunk" - mondta Keith Nelson, a MIT vegyésze, a Live Science munkatársa, és hozzátette, hogy ez a legmagasabb hőmérséklet, amit senki látott.
Menj fel a hővonatra
A kutatók "normál" hőmozgást írtak le egy fűtött vízforralóval - Az égő kikapcsolása után ez a hőenergia elindítja a légmolekulákat, amelyek összeütköznek egymással, és a hőt továbbadják a folyamat során. Ezek a molekulák minden irányban ugrálnak; ezeknek a molekuláknak egy része szétszóródik vissza a vízforralóba. Az idő múlásával a vízforraló víz és a környék azonos hőmérsékleten egyensúlyba lép.
Szilárd anyagban a molekulák nem mozognak, mert az atomok a helyükre vannak rögzítve. "A dolog, ami mozoghat, a hanghullámok" - mondta Nelson, aki a Live Science-vel és Gang Chen társszerzővel, a MIT gépészmérnökével beszélt.
Inkább melegítsd a komlót fononokra vagy kis hangcsomagolási csomagokra; a fononok visszapattanhatnak és szétszóródhatnak, és olyan hőt hordozhatnak, mint a levegőmolekulák a vízforralóból.
Páratlan hőhullám
Nem ez történt ebben az új kísérletben.
Chen korábbi elméleti munkája azt jósolta, hogy a hő a hullámon keresztül haladhat, amikor a grafiton vagy a grafénen áthalad. Ennek kipróbálására az MIT kutatói két lézernyalábot kereszteztek grafituk felületén, így létrehozták az úgynevezett interferenciamintázatot, amelyben párhuzamos fényvonalak voltak, és nincs fény. Ez a fűtött és nem fűtött régiók azonos mintáját hozta létre a grafit felületén. Ezután egy másik lézernyalábot irányítottak a telepítéshez, hogy megnézhessék, mi történt, miután az elütötte a grafitot.
"Általában a hő fokozatosan diffundál a fűtött régiókról a nem fűtött régiókra, mindaddig, amíg a hőmérsékleti mintázat el nem mossa" - mondta Nelson. "Ehelyett a hő a felmelegített és a nem fűtött régiókba áramlott, és még akkor is folytatta áramlását, ha a hőmérsékletet mindenhol kiegyenlítették, tehát a fűtetlen régiók valóban melegebbek voltak, mint az eredetileg fűtött régiók." A fűtött régiók mindeközben még hidegebbek lettek, mint a fűtetlen régiók. És mindez lélegzetelállítóan gyorsan történt - körülbelül ugyanolyan sebességgel, mint amilyennek a hang általában a grafitban mozog.
"A hő sokkal gyorsabban áramolt, mert hullámszerűen mozogott szóródás nélkül" - mondta Nelson a Live Science-nek.
Hogyan kapta meg ezt a furcsa viselkedést, amelyet a tudósok "második hangnak" hívnak, a grafitban?
"Alapvető szempontból ez nem csak szokásos viselkedés. A második hangot csak maroknyi anyagban mértük, bármikor, bármilyen hőmérsékleten. Bármi, amit megfigyelünk, ez messze kívül esik a kihívásban, hogy megértsük és magyarázzuk" - mondta Nelson. .
Így gondolják, mi folyik itt: A grafit vagy egy 3D anyag réteges szerkezetű, amelyben a vékony szénrétegek alig tudják, hogy a másik ott létezik, és így viselkednek, mint például a grafén, ami egy 2D anyag. Annak miatt, amit Nelson ezt az "alacsony dimenziósságot" hív, a grafitok egyik rétegében hőt hordozó fononok sokkal kevésbé valószínű, hogy a többi réteg körül ugrálnak és szétszóródnak. A grafitban képződő fononok olyan hullámhosszúságúak is, amelyek túl nagyak ahhoz, hogy visszaverődésre utaljanak, amikor a rácsban atomokba ütköznek. Ezek a kis hangcsomagok kissé szétszórtak, de többnyire egy irányba haladnak, vagyis átlagosan nagy távolságot tudnak haladni sokkal gyorsabban.
Szerkesztő megjegyzés: Ezt a cikket frissítették annak érdekében, hogy tisztázza a kísérlet néhány módszerét és azt a tényt, hogy a hő nagyjából ugyanolyan sebességgel halad át, mint a hang a grafiton, nem pedig a levegőn halad keresztül, ahogyan azt korábban állítottuk.
