Tutkijat ovat nähneet jotain taianomaista tapahtuvan grafiitin sisällä, tavaroista, joista lyijykynäsi on valmistettu: Lämpö liikkui aalloissa äänen nopeudella.
Se on melko radikaalia muutamasta syystä: Lämmön ei pidä liikkua kuin aalto - se yleensä diffundoi ja kimpoaa jiggling-molekyyleistä joka suuntaan; Jos lämpö voi kulkea aallon muodossa, se voi liikkua yhteen suuntaan massallaan lähteestään, lajitella energian keräämisen kerralla esineestä. Jonain päivänä tätä grafiitin lämmönsiirtokäyttäytymistä voitiin käyttää jäähdyttämään mikroelektroniikkaa hetkessä. Eli jos he saavat sen toimimaan kohtuullisessa lämpötilassa (he työskentelivät luunjäähdytyslämpötiloissa, jotka olivat miinus 240 astetta Fahrenheit tai miinus 151 astetta).
"Jos se saa huoneenlämpöiseksi joissakin materiaaleissa, niin joillekin sovelluksille on mahdollisuuksia", MIT-kemisti, tutkija Keith Nelson kertoi Live Sciencelle ja lisäsi, että tämä on korkein lämpötila, jonka kukaan on nähnyt tämän käyttäytymisen esiintyvän.
Nouse lämpöjunaan
Tutkijat kuvasivat "normaalia" lämmön liikettä lämmitetyllä vedenkeittimellä - Polttimen sammuttamisen jälkeen lämpöenergia kiinnittyy ilmamolekyyleihin, jotka törmäävät toisiinsa ja jakavat lämmön prosessissa. Nämä molekyylit pomppivat ympäri joka suuntaan; jotkut näistä molekyyleistä hajoavat takaisin takaisin vedenkeittimeen. Ajan myötä vedenkeitin ja ympäristö saavuttavat tasapainon samassa lämpötilassa.
Kiinteissä aineissa molekyylit eivät liiku, koska atomit ovat lukittu paikoilleen. "Asia, joka voi liikkua, on ääniaallot", kertoi Nelson, joka puhui Live Sciencen ja MIT: n mekaanisen insinöörin Gang Chenin kanssa.
Pikemminkin kuumenna humalaa fononeille tai pienille äänen värähtelypaketeille; fononit voivat pomppia ja sirotella kantaen lämpöä sellaisia kuin ilmamolekyylit tekevät kattilasta.
Outo lämpöaalto
Näin ei tapahtunut tässä uudessa kokeilussa.
Chenin aiemmassa teoreettisessa työssä ennustettiin, että lämpö voisi kulkea kuin aalto liikkuessaan grafiitin tai grafeenin läpi. Tämän testaamiseksi MIT-tutkijat ylittivät kaksi lasersätettä grafiittinsa pinnalle luomalla niin kutsutun häiriökuvion, jossa valon linjat olivat yhdensuuntaiset eikä niitä ollut. Tämä loi saman kuumennetun ja lämmittämättömän alueen kuvion grafiitin pinnalle. Sitten he kohdistivat toisen lasersäteen asennukseen nähdäkseen, mitä tapahtui, kun se osui grafiittiin.
"Normaalisti lämpö leviää vähitellen lämmitetyistä alueista lämmittämättömille alueille, kunnes lämpötilakuvio pestiin pois", Nelson sanoi. "Sen sijaan lämpö virtaa lämmitetyiltä alueilta lämmittämättömille alueille ja jatkoi virtaustaan myös sen jälkeen, kun lämpötila oli tasaantunut kaikkialle, joten lämmittämättömät alueet olivat tosiasiallisesti lämpimämpiä kuin alun perin lämmitetyt alueet." Lämmitetyt alueet tulivat sen sijaan jopa viileämmiksi kuin lämmittämättömät alueet. Ja kaikki tapahtui henkeäsalpaavasti nopeasti - suunnilleen samalla nopeudella, että ääni kulkee normaalisti grafiitissa.
"Lämpö virtaa paljon nopeammin, koska se liikkui aallonmuodossa hajottamatta", Nelson kertoi Live Science: lle.
Kuinka he saivat tämän outon käyttäytymisen, jota tutkijat kutsuvat "toiseksi ääneksi", esiintymiseen grafiitissa?
"Perusnäkökulmasta katsottuna tämä ei vain ole tavanomaista käyttäytymistä. Toinen ääni on mitattu vain kourallisessa materiaalissa koskaan, missä tahansa lämpötilassa. Kaikki, mitä havaitsemme, on kaukana tavallisesta haastaa meidät ymmärtämään ja selittämään sitä", Nelson sanoi. .
Heidän mielestään tapahtuu tässä: Grafiitilla tai 3D-materiaalilla on kerrosrakenne, jossa ohuet hiilikerrokset tuskin tietävät, että toinen on olemassa, ja siten käyttäytyvät tavallaan grafeeni, joka on 2D-materiaali. Nelson kutsuu tätä "matalaulotteisuudeksi". Fononit, jotka kuljettavat lämpöä yhdessä grafiitin kerroksessa, ovat todennäköisesti pomppiessa ja sironneet pois muista kerroksista. Lisäksi grafiitissa muodostuneiden fononien aallonpituudet ovat useimmiten liian suuria heijastamaan taaksepäin hilan atomeihin kaatumisen jälkeen - ilmiö, jota kutsutaan takakatkaisijaksi. Nämä pienet äänipaketit hajotavat vähän, mutta kulkevat enimmäkseen yhteen suuntaan, mikä tarkoittaa, että keskimäärin ne voisivat kulkea suuren matkan paljon nopeammin.
Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli päivitettiin selventämään joitain kokeilun menetelmiä ja tosiasiaa, että lämpö kulki suunnilleen samalla nopeudella, että ääni kulkisi grafiitin, ei ilman läpi, kuten aiemmin todettiin.
