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科學突破:研究證明熱與聲音具磁性 可用磁場控制

美國俄亥俄州立大學的研究證實,可同時攜帶熱與聲音的聲學聲子具有磁性,可藉由磁場加以控制。圖為該校機械工程教授賀爾曼斯展示聲學聲子使物體加熱的示意圖。(圖片來源:俄亥俄州立大學)
美國俄亥俄州立大學的研究證實,可同時攜帶熱與聲音的聲學聲子具有磁性,可藉由磁場加以控制。圖為該校機械工程教授賀爾曼斯展示聲學聲子使物體加熱的示意圖。(圖片來源:俄亥俄州立大學)
【記者陳俊村/編譯】美國俄亥俄州立大學(Ohio State University)的一項研究揭示,能同時攜帶熱與聲音的聲學聲子(acoustic phonon)具有磁性,可藉由磁場加以控制。這是科學家首次證實聲學聲子具有這種屬性,大幅改變他們先前對聲波的認知。

在這項研究中,該校機械工程教授賀爾曼斯(Joseph Heremans)的團隊利用一個磁場對一個半導體進行處理,使通過該半導體的熱能降低了12%左右。這個磁場的規模相當於一個醫用核磁共振成像(MRI)設備的大小。

這是科學家首次證明聲學聲子具有磁性,使其對聲波有更進一步的了解。

賀爾曼斯說:「我們已經證明,我們能利用磁場控制熱輻射,如果磁場足夠強大,我們也應該能操控聲波。」

在量子力學中,熱輻射與聲波這兩者都能以能量形式來描述。因此,如果磁場能控制其中一個,也同樣能控制另一個。

賀爾曼斯解釋說,熱是原子的振動,透過振動在介質中傳遞。介質的溫度越高,原子振動得越快。而聲波也是依靠原子振動而傳播,當人們說話時,聲帶會壓縮空氣使其振動,並將聲波傳播到對方的耳中,使其聽到聲音。

聲子(Phonon)與光子(photon)近似,被研究人員視為表兄弟。光子是光的粒子;而聲子是熱和聲音的粒子。科學家研究光子已經有100年的歷史,但較少關注聲子,所以人們對於聲子的了解,沒有像其具有的熱和聲波這兩種屬性那麼多。而這項研究則顯示,聲子也具有磁性這種屬性。

研究人員認為,任何固態物質都具有這些屬性。因此,儘管玻璃、石頭之類的物體在傳統上不被視為具有磁性,但如果人們使用強大的磁場,或能控制這些非磁性物體的熱量。而金屬之類的磁性物體因為可以透過電子傳導大部分的熱量,其聲子所能攜帶的熱量就可以忽略。