Физики доказали, что магнитное поле изменяет передачу тепла материалом

Физики доказали, что магнитное поле изменяет передачу тепла материалом

Итальянские учёные создали устройство, которое демонстрирует, что магнитное поле может контролировать передачу тепла от одного тела к другому. Это явление было впервые предсказано 50 лет назад физиками Казуми Маки (Kazumi Maki) и Алланом Гриффином (Allan Griffin), которые основывали свою работу на теории Брайана Джозефсона (Brian Josephson). 

Теория Джозефсона гласила, что электроны могут переходить между двумя сверхпроводниками, разделёнными тонким слоем диэлектрика, по принципу туннельного эффекта. Впоследствии версия физика нашла подтверждение и была реализована в сверхчувствительных магнитометрах — СКВИДах (SQUID).

Франческо Джацотто (Francesco Giazotto) и Мария Хосе Мартинес-Перес (María José Martínez-Pérez) из Высшей нормальной школы в Пизе (Scuola Normale Superiore) изучали термические свойства СКВИДа. Он представлял собой два Y-образных сверхпроводника, соединённых таким образом, чтобы концы образовывали замкнутую петлю, но при этом были разделены двумя кусочками изоляционного материала.

Исследователи нагревали один конец устройства и измеряли количество тепла, переносимого на противоположную сторону. При этом они воздействовали на сверхпроводники магнитным полем. Оказалось, что при изменении силы магнитного поля количество тепла, которое передавалось через устройство, также менялось. При определённых условиях процесс переноса тепла и вовсе частично разворачивался в обратную сторону: изменение температуры шло против логики – нагрев шёл от холодного конца СКВИДа к тёплому.

На первый взгляд это явление нарушает ни много ни мало второй закон термодинамики, который гласит, что тепло всегда переходит от более горячего тела к более холодному. Но Джацотто объясняет, что на самом деле наблюдаемый эффект вписывается в существующие представления, так как магнитное поле влияет только на часть теплового потока, и большая его часть двигается в соответствии с основными законами физики.

По мнению авторов работы, опубликованной в журнале Nature, магнитное поле изменяет квантовые фазы, то есть положение пиков и провалов волновой функций, описывающих движение электронных пар в петле сверхпроводников. Наибольший поток тепла наблюдается, когда пики обоих половин СКВИДа совпадают и таким образом суммируются. И наоборот, когда пики одной половины совпадали с провалами другой, исследователи отмечали наименьшую теплопередачу. 

Джацотто считает, что новое исследование поможет создать крошечные, но эффективные тепловые двигатели. Он также надеется, что необычный эффект можно будет использовать для реализации абсолютно нового направления "когерентной калоритроники" (по аналогии с электроникой) − систем передачи информации за счёт включения и выключения передачи тепла.

То есть в будущем наблюдаемое явление может лечь в основу нового поколения электронных устройств, которые используют тепло, а не электрический заряд в качестве носителя информации. 

vesti.ru

Похожие новости:
Американцы создали рекордное магнитное поле
Специалисты Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (LANL) создали рекордное магнитное поле – магнитная индукция составила 100 Тесла. Для сравнения – естественное магнитное поле нашей планеты в два миллиона раз меньше. Команда исследователей шла к этому событию без малого 15 лет! Отметим, что магнитное ..
2012-03-26 2055 0 Научные открытия
0
У Земли нашли плазменное «защитное поле»
Физики NASA и Массачусетского технологического института обнаружили, что магнитосфера Земли реагирует на вспышки солнечной активности образованием плазменных потоков. По словам ученых, они уменьшают влияние солнечного ветра на ионосферу Земли. Работа опубликована в журнале Science, кратко о ней можно прочитать ..
2014-03-08 1809 0 Научные открытия
0
Первая искусственная магнитная червоточина
Физики из Автономного университета Барселоны собрали устройство, которое может переносить магнитное поле из одной точки в другую по невидимому пути, который не регистрируется внешними приборами. В физике и научной фантастике термин «червоточина» хорошо известен уже минимум полвека. Он означает ..
2015-08-24 5560 0 Научные открытия
2
Объяснена работа невозможного двигателя
Исследователи из Лиссабонского университета в Португалии предложили объяснение работы EmDrive, действие которого до сих пор не получило объяснения в рамках законов сохранения. По их мнению, двигатель не нарушает известные физические принципы, если его функционирование рассматривать в рамках теории волны-пилота. Статья ученых опубликована ..
2017-10-09 10756 0 Научные открытия
0
Физики создали транзистор на основе атомного спина
В журнале Nature появилось сообщение, что ученые Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) впервые смогли использовать спин единичного атома в качестве основы транзистора. Ученые проводили опыты по изучению спинового эффекта Холла. Эффект, ..
2013-06-8 1961 0 Научные открытия
0
Физики наблюдали странное движение электрона
Ученые из Японии и Австрии исследовали энергетические уровни Ландау свободного электрона при его движении в магнитном поле. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте RIKEN. Энергетические уровни Ландау возникают при движении ..
2014-08-09 2503 0 Научные открытия
0
Физики скрутили из конденсата Бозе-Эйнштейна монополь
Физики провели моделирование свойств гипотетической частицы - монополя Дирака - с использованием конденсата Бозе-Эйнштена. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит Phys.org. Конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) представляет собой особое агрегатное состояние вещества, и состоит из бозонов, ..
2014-01-31 1741 0 Научные открытия
1
У вакуума обнаружено необычное квантовое свойство
Европейская Южная Обсерватория (ESO) сообщает о том, что учёным, возможно, удалось получить свидетельства необычного свойства вакуума, которое было предсказано 80 лет назад.В обычном состоянии вакуум ничем не проявляет себя, и свет распространяется через него без изменений. Но согласно ..
2016-12-07 3791 0 Научные открытия
0
В CERN получили антиводород
Ученым из Европейского центра ядерных исследований (CERN) в рамках эксперимента ASACUSA впервые удалось получить антиводород. Об этом сообщается на сайте центра. Статья ученых появилась в журнале Nature Communications. В эксперименте антипротоны, из замедлителя AD, смешивают с позитронами (антиэлектронами) в специальной ..
2014-01-22 1985 1 Научные открытия
0
Физики впервые наблюдали волны от единичного электрона
Ученым из коллаборации Project 8, в которую входят 27 физиков из шести учреждений США и Германии, впервые удалось наблюдать циклотронное излучение от единичного электрона и измерить его энергию. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко с ними можно ..
2015-04-23 5439 0 Научные открытия
1
Физики узнали причину главного недостатка графена
Группе физиков под руководством Кирилла Болотина из Университета Вандербильда удалось установить причину низкой электронной мобильности в графене. Кроме этого они смогли увеличить этот показатель в три раза. Результаты их работыпубликует журнал Nature Communications. Исследователи помещали слой графена на специальную подложку с позолоченными ..
2012-03-14 1665 0 Научные открытия
0
Физики научились управлять теплом при помощи магнитов
Американские физики сообщили о новом способе управления потоками тепла с помощью магнитов. Результаты исследований авторы опубликовали в журнале Nature Materials, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета штата Огайо. В своем эксперименте ученые использовали миниатюрный ..
2015-03-26 3940 0 Научные открытия
1
Биологи нашли нейроны магнитной навигации в мозге голубей
Изучая почтовых голубей, биологи из Америки обнаружили в их мозге обособленную группу нейронов, отвечающих за обработку информации, необходимую птицам для ориентации в пространстве, тем самым помогая им прокладывать курс при длительных перелетах. Обнаруженный ученными «биокомпос» помогает птицам ориентироваться по магнитному ..
2012-05-2 1805 0 Научные открытия
0
Поставлен рекорд по разогреву плазмы микроволнами
Учёные Института ядерной физики Сибирского отделения РАН установили рекорд по разогреву плазмы в газодинамической ловушке. Физикам удалось достичь температуры в 4,5 миллиона градусов.  Специалисты новосибирского научного центра для разогрева плазмы использовали газодинамическую ловушку ГДЛ, построенную в 1986 году, ..
2013-12-6 1671 0 Научные открытия
2
Найдена частица бога
Специалисты Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) готовятся сообщить общественности о нахождении бозона Хиггса — «божественной частицы», от которой, по существующей версии, образовалась вся существующая материя. Этого события ждали давно. Пожалуй, ради него и строился в Женеве ..
2012-07-3 8503 0 Научные открытия
0