Научници су видели нешто чаробно како се догађа у графиту, од чега су направљене оловке: Топлина се креће у таласима брзином звука.
То је прилично добро из неколико разлога: топлота се не треба кретати попут таласа - обично се распршује и одбија од гибајућих молекула у сваком правцу; Ако топлота може да путује као талас, може се кретати у једном смеру масовно од свог извора, некако одузимајући енергију одједном од неког предмета. Једног дана, ово понашање преноса топлоте у графиту могло би се искористити за хлађење микроелектронике у трену. То јест, ако могу да ураде да делује на разумној температури (радили су на температурама за хлађење костију од минус 240 степени Фаренхајта, или минус 151 степени Целзијуса).
"Ако се то постигне на собној температури у неким материјалима, онда би постојали изгледи за неке примене", изјавио је за Ливе Сциенце истраживач студије Кеитх Нелсон, хемичар са МИТ-а, додајући да је ово највиша температура коју је неко видео да се ово понашање догађа.
Иди на воз
Истраживачи су описали "нормално" кретање топлоте помоћу загрејаног котлића - После искључивања горионика, та топлотна енергија покреће вожњу молекулама ваздуха, који налећу једни на друге и предају топлоту у том процесу. Ови молекули се одбијају у свим правцима; неки од ових молекула се расипају назад до чајника. Временом, чајничка вода и околина постижу равнотежу на истој температури.
У чврстим супстанцама, молекули се не померају, јер су атоми закључани. „Ствар која се може кретати су звучни таласи“, рекао је Нелсон, који је разговарао са Ливе Сциенце-ом, заједно са коауторицом Ганг Цхен, инжењером машинства на МИТ-у.
Уместо тога, скочите топлоте на фонене или мале пакете звучне вибрације; фонони могу одскакати и распршити се, носећи топлину попут молекула ваздуха из котлића.
Чудан топлотни талас
То се није догодило у овом новом експерименту.
Претходни теоријски рад Цхен-а предвидио је да топлота може путовати попут таласа током кретања кроз графит или графен. Да би ово тестирали, истраживачи МИТ-а прешли су две ласерске зраке на површини свог графита, стварајући такозвани интерференцијски узорак у коме су биле паралелне линије светлости и нема светлости. Ово је створило исти образац грејних и незагреваних региона на површини графита. Затим су усмерили још један ласерски зрак у поставку да виде шта се догодило након што је погодио графит.
"Обично би топлота постепено дифундирала из грејних региона до негрејаних региона, све док се температурни образац не испере", рекао је Нелсон. "Уместо тога, топлота је текла из грејаних до негрејаних региона и наставила да тече чак и након што се температура свугде изједначила, тако да су незагревани региони заправо топлији од првобитно грејних региона." У међувремену су загрејане области постале још хладније од негрејаних региона. И све се то десило запањујуће брзо - приближно истом брзином која звучи нормално у графиту.
"Топлина је текла много брже јер се кретала таласно, без расејања", рекао је Нелсон за Ливе Сциенце.
Како су се та чудна понашања, која научници називају "други звук", појавила у графиту?
"Из фундаменталне перспективе, ово није само обично понашање. Други звук је мерен само у шаци материјала икада, на било којој температури. Било шта што опазимо далеко је ван обичног изазова да га разумемо и објаснимо", рекао је Нелсон .
Ево што мисле да се догађа: Графит, или 3Д материјал, има слојевиту структуру у којој танки угљени слојеви једва знају да је други, и тако се некако понашају као графен, који је 2Д материјал. Због онога што Нелсон ово назива „ниском димензијом“, фонони који носе топлину у једном слоју графита много су мање вероватни да ће одскочити и расипати се по другим слојевима. Такође, фонони који се могу формирати у графитима имају таласне дужине које су углавном превелике да би се одражавале уназад након што се улетио у атоме у решетки, феномен познат као повратна катра. Ови мали звучни пакети се мало распршују, али углавном путују у једном правцу, што значи да би у просеку могли да пређу велику удаљеност много брже.
Напомена уредника: Овај чланак је ажуриран да разјасни неке од метода експеримента и чињеницу да је топлота путовала приближно истом брзином којом би звук пролазио кроз графит, а не ваздух, као што је раније речено.
