磁場可以控制熱和聲的傳播

　　近日，研究人員發現了可以用磁場控制熱傳導，并且首次揭示了聲子——傳導熱量和聲波的基本粒子——具有特殊的磁性質。

　　在3月23日發行的《自然?材料》雜志上，俄亥俄州立大學的研究人員展示了一項新技術：當熱量流經一個半導體時，用醫用核磁共振量級的磁場可將熱流減少12%。

　　這項研究首次揭示了聲子，即傳導熱量和聲波的基本粒子，具有特殊的磁性質。

　　“這為我們理解聲波提供了一個新方向，我們已經用磁場控制了熱傳導，只要磁場強度足夠大，我們應該也可以控制聲波。”俄亥俄州著名的微納加工專家Joseph Heremans告訴我們。

　　在Heremans看來，熱和聲之間的關系已經足夠讓人驚訝，更不用說它們都可以用磁場來調控。但從量子力學的角度來說，這兩者只是能量的不同表述形式，其本質是相同的。因此，如果一種手段能控制熱，那么它一定可以控制聲，反之亦然。

　　“從本質上講，原子振動產生熱量。熱量通過振動在材料中傳播。材料的溫度越高，原子振動越劇烈。聲波也產生于原子振動，當我朝你講話時，我的聲帶壓迫空氣產生振動，你的耳朵以聲音的形式接收到它們。因此，聲波是通過振動傳向你的。”

　　在英文中，“phonon（聲子）”這個詞聽起來有點像“photon（光子）”。那是因為研究人員將它們看做堂兄弟：光子是光的基本粒子，聲子是熱和聲的基本粒子。自從愛因斯坦發現光電效應起，人們研究光子已經有上百年歷史了，但聲子并沒有獲得足夠多的關注。因此，除了知道聲子能產生熱和聲之外，我們對它知之甚少。

　　這項研究也展示了聲子具有磁性質。

　　“我們相信這些性質在所有固體中均存在。”俄亥俄州立大學的博士后研究員、該論文的第一作者Hyungyu Jin說道。

　　在玻璃、寶石、塑料等非傳統磁性材料中，熱傳導可以通過強磁場控制。而在金屬中這種效應不易被發現，這是因為金屬主要通過電子傳導熱量，相比之下，聲子對熱傳導的貢獻可忽略不計。

　　這項發現在短時間內不會有實際應用，因為除了在實驗室和醫院，7T的磁場并不易獲得。并且為了使聲子的運動速度慢到可被測量，實驗用的半導體材料要被冷卻到接近絕對零度（-450℉，268℃）的低溫環境，這些都增加了將該性質推向應用的難度。

　　這就是為什么實驗如此艱難的原因，在如此低的溫度下的進行熱測量是很棘手的。研究人員的解決辦法是使用一塊銻化銦半導體，再制成一個不平衡音叉：叉的一支為4毫米寬，另一支1毫米寬。并把加熱器安裝在音叉臂的底部。