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:
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 3784 0 Научные открытия
1
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 1884 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 1679 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 5441 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 1804 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 1595 0 Научные открытия
0
Сверхпроводники научили создавать ток из тепла
Физики из Технологического Института в Карлсруэ экспериментально добились возникновения сильного термоэлектрического эффекта в контакте сверхпроводник-ферромагнетик. Это явление, родственное эффекту возникновения термоэлектричества в полупроводниках, оказалось по силе на порядки сильнее, чем в обычных металлах и может найти применение в создании сверхточных термометров. ..
2016-03-03 1798 0 Научные открытия
0
Физики обратили время вспять
Международной группе физиков удалось обратить ход времени для пары взаимосвязанных частиц. Исследователи доказали, что для квантово взаимосвязанных кубитов (квантовых битов) спонтанно нарушается второй закон термодинамики, согласно которому в изолированных системах все процессы идут только в направлении увеличения ..
2017-12-05 3561 0 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 5307 0 Научные открытия
1
Физики научились управлять скирмионами в нанокристаллах
Антисимметричное магнитное взаимодействие приводит к возникновению в магнитоупорядоченной среде областей с обратной намагниченностью, например скирмионов. В своей новой работе американские физики предложили способ управлять этим взаимодействием с помощью бомбардировки таких областей ионами аргона с энергией около ..
2017-09-19 13075 0 Научные открытия
0
Фотоны телепортировали на рекордное расстояние
Китайские физики осуществили телепортацию фотонов на рекордное расстояние в 97 километров по открытому воздуху. Работа ученых пока не принята к публикации, но ее препринт доступен на сайте Корнельского университета. Передачу запутанных фотонов проводили с помощью лазера мощностью в 1,3 Ватта над озером, расположенным на уровне ..
2012-05-12 2152 2 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 2342 0 Научные открытия
0
Физики определили нижнюю границу массы магнитных монополей
Гипотетические магнитные монополи могут рождаться в столкновениях тяжелых ионов или в сильных магнитных полях нейтронных звезд. Физики из Имперского колледжа Лондона теоретически рассмотрели эти процессы и рассчитали нижнюю границу для возможной массы монополей — она оказалась чуть меньше массы ..
2017-12-14 4659 0 Научные открытия
0
Физики побили рекорд устойчивости одноатомных магнитов
Физики из Федеральной политехнической школы Лозанны создали рекордно устойчивый магнит, состоящий из одного атома. Частица способна сохранять свое магнитное состояние при температуре в 30 кельвинов. Время, в течение которого атом может сохранять информацию, достигает 25 минут при 10 кельвинах. ..
2016-04-17 1419 0 Научные открытия
0
Физики МГУ рассказали об измерении важных параметров сверхпроводников
Международная группа ученых при участии исследователей из МГУ провела работу, в результате которой удалось выяснить, как именно нужно измерять один из важных параметров сверхпроводников. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nanoscale Research Letters.Суть работы состоит в теоретическом исследовании ..
2016-05-08 1136 0 Научные открытия
0