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一个物理学的基本定律,未能通过纳米尺度上的检验观察者

2018年9月16日6时37分12秒| 发布者: 千凡| 查看: 9200| 评论: 0

一个物理学的基本定律,未能通过纳米尺度上的检验观察者小尺寸,大应用 ...

一个物理学的基本定律,未能通过纳米尺度上的检验观察者 2018-09-15 08:55:14

小尺寸,大应用

https://www.nature.com/articles/s---

模拟的结果表明,热量流动强度增加倍这一现象出现的原因是由电磁波在薄板内的传播方式造成的。因为电磁波会沿着与平板较长维度平行的方向传播,使得热量从边缘辐射而出。在与之相对的另一块吸收能量的平板上,同样的概念也在发挥着作用。

Reddy用钱包中的两张卡片来向Thompson解释这个概念,它把一张卡放在手掌上,另一张放在与之保持一点间隙的手指上。之后,Thompson在纳米制造厂度过数月时间,制作出与卡片形状相似、但是长度和宽度不到卡片/的氮化硅(SiN)半导体平板对。最终制作出来的半导体平板的厚度在微米到纳米之间,Thompson将它们悬置在比人类的头发丝还要细倍的横梁上。

在Reddy和密歇根大学的另一位械工程学教授Edgar Meyhofer的指导下,Thompson开展了一系列实验这个出乎意料的观察结果。这一次,他们怀疑,这或许与物体的厚度有关。

研究人员将两个平板隔开相对远的距离——比辐射波长长一些,而平板厚度比一个波长小。然后,他们加热一个平板,并测量另一个平板上热量的增加。如果普朗克定律成立,那么第二张平板上的热量增加应该与普朗克的预测一致。但是研究人员却发现,实验中传递的辐射能量是普朗克辐射定律预测结果的倍。

参考来源:

转帖者补一句:普朗克黑体辐射理论在纳米尺度失效,不意味着量子理论失效。要知道,量子理论适用于比纳米尺度小得多的原子原子核夸克甚至更小的尺度。

https://www.wm.edu/news/stories//in-nature-a-nanoscale-discovery-with-big-implications.php

但Reddy也告诫说,基于热量的计算装置会比电子计算机速度更慢、体积更大, 但他认为在某些情况下,以热量为基础的计算装置可能会更有优势,例如会导致传统电子设备损坏的高温环境下。

年,物理学家发现如果两个物体分开的间隙是纳米级的,也就是说比辐射的主要波长还要短,那么热量的流动就会以比理论预测得快倍。也就是说,当这些物体处于所谓的“近场”时,普朗克定律并不适用。但如果物体间的间隔比辐射的波长更大时(即所谓的“远场”),就不会出现这种情况。

尽管辐射增强的效果在微米量级或者更小的尺寸上最明显,新兴的纳米技术或许意味着能将这些新发现可以应用到设备当中。

一个物理学的基本定律,未能通过纳米尺度上的检验

但Reddy也告诫说,基于热量的计算装置会比电子计算机速度更慢、体积更大, 但他认为在某些情况下,以热量为基础的计算装置可能会更有优势,例如会导致传统电子设备损坏的高温环境下。

Reddy用钱包中的两张卡片来向Thompson解释这个概念,它把一张卡放在手掌上,另一张放在与之保持一点间隙的手指上。之后,Thompson在纳米制造厂度过数月时间,制作出与卡片形状相似、但是长度和宽度不到卡片/的氮化硅(SiN)半导体平板对。最终制作出来的半导体平板的厚度在微米到纳米之间,Thompson将它们悬置在比人类的头发丝还要细倍的横梁上。

最近,威廉与玛丽学院和密歇根大学研究人员的一个新的发现,改变了我们对于现代物理学中最重要的定律之一——普朗克黑体辐射定律的理解。经过一系列实验,研究人员发现,对于小于某一确定尺度的物体,普朗克辐射定律并不适用。这一发表在《自然》期刊上的新发现对从纳米科技,到我们对太阳系的理解或许都将具有深远的影响。

两个物体间热量流动率的极限取决于很多因素,例如物体的尺寸、温度、两个物体相对的表面,以及物体间的距离。热量在物体间会以电磁波形式传播,比如说红外辐射和可见光。

https://www.nature.com/articles/s---

最近,威廉与玛丽学院和密歇根大学研究人员的一个新的发现,改变了我们对于现代物理学中最重要的定律之一——普朗克黑体辐射定律的理解。经过一系列实验,研究人员发现,对于小于某一确定尺度的物体,普朗克辐射定律并不适用。这一发表在《自然》期刊上的新发现对从纳米科技,到我们对太阳系的理解或许都将具有深远的影响。

Reddy说:“因为我们发现了这个热量传递的机制,人们有可能用新的方式来控制热量。”

但是在五年前,密歇根大学机械工程学教授Pramod Reddy的实验室发现了一种微结构,能让彼此隔绝的物体之间产生惊人的热量流动。

○ xa实验测量到的热量传导率(黑色圆点实线)大于普朗克黑体辐射定律预测的值(倒三角虚线),而且如果物体的厚度越小,实验与理论预测结果的比率(红色圆点实线)就越大。| 图片来源:Dakotah Thompson et al.

在世纪初,物理学家在研究光和亚原子粒子时发现,在原子水平上,所有的物质都会表现的即像波又像粒子。光既是一种叫做光子的粒子流,同时也是振荡的电磁场中的波。光波被称为电磁辐射,我们可以看到的光(可见光)只是电磁波谱上的一小部分。

虽然在普朗克以前,人们就能很好地测量热物体辐射的完整光谱,但是没有人真正理解到底发生了什么,当时的理论无法解释这一现象。直到普朗克提出了一种理论解释,这后来也成为了量子力学的基石。

普朗克提出了“量子化”的概念。根据他的理论,光不仅仅是一种电磁波,而是量子化的电磁波。它以离散的量子(即“光子”)被发射和吸收,如此就能够解释这一现象。

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Reddy说:“因为我们发现了这个热量传递的机制,人们有可能用新的方式来控制热量。”

原创:乌鸦少年 原理

在世纪初,物理学家在研究光和亚原子粒子时发现,在原子水平上,所有的物质都会表现的即像波又像粒子。光既是一种叫做光子的粒子流,同时也是振荡的电磁场中的波。光波被称为电磁辐射,我们可以看到的光(可见光)只是电磁波谱上的一小部分。

参考来源:


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