重磅突破：发现如何利用量子力学“锁定”热量！学术资讯

来源：天文物理

发现如何利用量子力学“锁定”热量！新加坡国立大学(NUS)科学家进行了一项突破性的研究，揭示了一种利用量子机械波理论将热量“锁定”在一个固定位置的方法。通常，热源通过导电材料扩散直到消散，但新加坡国立大学工程学院电子与计算机工程系副教授邱成伟(Cheng-Wei Qiu，音译)和团队使用了反时间对称(APT)原理，证明了将热量限制在金属环的一个小区域内，而不随时间扩散是可能的。

“锁定”热量传播

在未来，这个新发现的现象可以用来控制复杂热扩散和优化需要冷却的系统效率，其研究成果发表在《科学》上。想象一下，在流动的小溪里有一滴墨水。过了一小段时间，你就会看到墨水沿着溪流的方向扩散和流动。现在想象一下，如果墨滴和周围的水保持相同的大小和位置。实际上，这就是该研究通过实验中热量传播所取得的成果。本研究实验装置是两个相对旋转的金属环，中间夹着一层薄薄的油脂。

环的旋转运动就像场景中的溪流一样，通过APT对称原理，将一个旋转环与反旋转环耦合，使系统中某一点的热注入时，热能能够保持在一定的位置。为了使实验成功，实验条件是相当精确的，根据量子力学理论，你可以计算出环所需的速度。如果速度太慢或太快，就会打破这种状况。当这些条件被打破时，系统就会按常规工作，当圆环旋转时，热量就会向前传递。

逆流而上，不违反物理定律

将APT对称原理应用于涉及热系统，完全背离了当前这一领域的思想流派。这与当前流行的研究主题截然不同。在这一领域，许多研究小组正在研究对等时间(PT)对称设置，其中几乎大部分研究的是波动力学。这是第一次有人走出波的领域，并证明了恰当的对称性适用于热等基于扩散的系统。这种在移动金属内部展示一个固定区域的热似乎违反直觉，Assoc邱教授表示：在这项研究之前，人们实际上认为这是一个禁区。

但研究团队可以解释所有这一切，实际上，Assoc邱教授和团队之所以能够控制热量，是因为他们巧妙的实验装置引入了额外的自由度——圆环的旋转为了使恰当的对称性在一个系统中变得重要，setup中必须有一些损益元素——而且它们需要平衡。在传统的热扩散系统中，由于没有自由的增益或损失程度，适当的对称性并不重要，因此，机械转动是关键因素。

潜在的应用和下一步

许多现代技术要求有效地散热，像发动机这样的机械装置，以及计算和电子元件都需要有效地冷却。目前，大多数技术都是通过稳定的液体流动来冷却，通过对流带走热量。这个实验表明，在确定这些系统的流量和设计时，需要更加小心。虽然实验装置包含反向旋转的金属环，但同样的原理也适用于其他通量装置。

人们的感觉是，血液循环会简单地带走热量，但并不总是那么简单。接下来，研究小组希望扩大实验规模，目前装置在厘米级范围内，所以研究团队想把它扩大到真正的电机或传动系统大小。齿轮系统通常有类似的反旋转机制，这将产生热量，所以也希望应用理论来更有效地散热。

博科园｜研究/来自：新加坡国立大学

参考期刊《科学》

来源：tianwenwuli 天文物理

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