熱量如何從一個物體傳遞到另一個物體？通常我們會想到，熱傳導(dǎo)和熱輻射。近日，美國科研團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了熱量流動的另一種方式??“聲子隧道”。

熱量流動的經(jīng)典方式確實是熱傳導(dǎo)和熱輻射：熱傳導(dǎo)是存在物理接觸的物體之間熱量流動的過程，比如燒在火爐上的一壺茶水；熱輻射則描述了熱量在遠(yuǎn)距離之間的流動，比如太陽發(fā)射出的熱量。這兩種基本的熱量傳遞過程解釋了熱量在微觀和宏觀距離之間的轉(zhuǎn)移。但是對科學(xué)家而言，搞清楚熱量在亞納米級的間隙中如何流動一直是個大難題。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國科研團(tuán)隊?wèi){借新的熱量傳遞模型解釋了間隙小于1納米的物體之間的熱量傳遞過程。他們發(fā)現(xiàn)，在亞納米級的間隙中，熱量并不通過熱傳導(dǎo)或熱輻射進(jìn)行流動，而是通過所謂的“聲子隧道”。

聲子是晶體點陣中的原子在震動時產(chǎn)生的能量單元。例如，一粒食鹽晶體中包含像網(wǎng)格一樣排列的鈉原子和氯原子，這些原子會一起震動并制造出能夠在晶體點陣中傳遞熱量的機(jī)械波。

科學(xué)家通常認(rèn)為，這些機(jī)械波或聲子只能在物體內(nèi)承載熱量，無法在物體之間傳遞熱量。但是，最新研究發(fā)現(xiàn)，聲子可以穿過亞納米級的間隙，像“鉆隧道”一樣從這個物體到達(dá)另一個物體進(jìn)行熱量傳遞。

這個發(fā)現(xiàn)要得益于科研人員依據(jù)格林函數(shù)和微觀麥克斯韋爾方程組設(shè)計出的新型熱量傳遞模型，該模型允許科研人員對每個原子的電磁場進(jìn)行測量。借助這個模型，他們探究了兩個距離為1納米的氯化鈉晶體點陣之間的熱量傳遞過程。按照經(jīng)典理論，原子震動或聲子無法在超過幾個原子的距離中進(jìn)行熱量傳遞，但實驗發(fā)現(xiàn)，原子的磁場合力可以為聲子“搭橋”讓它們通過并傳遞熱量。

在過去幾十年中，科學(xué)家一直試圖解釋熱量在更小的距離之間是如何傳遞的。有幾個科研團(tuán)隊曾在實驗中測量了幾十納米間距中的熱輻射過程。然而，當(dāng)測量的間距調(diào)得越來越小時，科研人員開始懷疑現(xiàn)有理論的有效性：現(xiàn)有的模型大多基于熱輻射理論，而這種理論卻抹去了熱量在原子之間傳遞的細(xì)節(jié)。

參與該項研究的科研人員稱，熱量在亞納米級間隙中的傳遞一直缺乏合理的理論解釋，而運用新設(shè)計的熱量傳遞模型發(fā)現(xiàn)的“聲子隧道”則填補了這個空白。