`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Что для вас является метрикой простоя серверной инфраструктуры?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Обнаружено нарушение закона Видемана-Франца

+22
голоса

Исследование, изучающее связь между потоками тепла и частиц в газе сильно взаимодействующих атомов и подчеркивающее фундаментальную роль квантовых корреляций в явлениях переноса, обнаружило нарушение известного закона Видемана-Франца и должно открыть экспериментальный путь для проверки новых идей для термоэлектрических устройств.

Из повседневного опыта мы знаем, что металлы являются хорошими проводниками как для электричества, так и для тепла. Эта тесная связь тепла и электрического транспорта не случайна. В типичных металлах оба вида проводимости возникают из потока «свободных» электронов, которые движутся через материал, как газ независимых частиц. Но когда носители-фермионы, такие как электроны, взаимодействуют друг с другом, могут возникнуть неожиданные явления, как обнаружили Доминик Хусманн (Dominik Husmann), Лаура Корман (Laura Corman) и коллеги из группы Тильмана Эсслингера (Tilman Esslinger) на кафедре физики в ETH, Цюрих, в сотрудничестве с Жаном-Филиппом Бранти (Jean-Philippe Brantut) из Высшей политехнической школы Лозанны (EPFL).

Изучая связь теплопроводности и проводимости частиц в системах сильно взаимодействующих атомов-фермионов, они обнаружили удивительное поведение, которое отличают эту систему от известных систем, в которых две формы переноса связаны.

В металлах связь тепловой и электрической проводимости описывается законом Видемана-Франца, который впервые был сформулирован в 1853 году. В современной форме закон гласит, что при фиксированной температуре соотношение между двумя типами проводимости является постоянным. Значение этого соотношения является достаточно универсальным, оно одинаково для удивительно широкого диапазона металлов и условий. Однако эта универсальность нарушается, когда носители взаимодействуют друг с другом. Это наблюдалось в горстке экзотических металлов, содержащих сильно коррелированные электроны. Но теперь Хусманн, Корман и их коллеги исследовали это явление в системе, в которой они имели превосходное управление всеми соответствующими параметрами, что позволило им контролировать беспрецедентную детализацию переноса частиц и тепла.

Носителями в их экспериментах являются фермионные атомы лития, которые они охлаждают до температур ниже микрокельвина и захватывают с помощью лазерных лучей. Первоначально они ограничивали несколько сотен тысяч этих атомов двумя независимыми резервуарами, которые можно нагревать по отдельности. Как только разница температур между этими двумя резервуарами была установлена, они открывали крошечное препятствие между ними - так называемый квантовый точечный контакт, - инициируя перенос частиц и тепла. Транспортный канал определяется и контролируется с помощью лазерного излучения. Таким образом, эксперимент обеспечивает чрезвычайно чистую платформу для изучения фермионного транспорта. Например, в реальных материалах решетка, через которую протекают электроны, начинает плавиться при высоких температурах. Напротив, в установке с холодным атомом, когда структуры определяются светом, такого «нагрева решетки» не происходит, что позволяет сосредоточиться на самих носителях.

Когда Хусманн с коллегами определил соотношение между теплопроводностью и проводимостью частиц в их системе, они обнаружили, что оно на порядок ниже предсказаний закона Видемана-Франца. Это отклонение указывает на разделение механизмов, ответственных за частицы и тепловые потоки, в отличие от ситуации, так универсально наблюдаемой для свободных носителей. В результате их система перешла в состояние, в котором потоки тепла и частиц исчезли задолго до того, как было достигнуто равновесие между двумя резервуарами по температуре и количеству частиц.

Кроме того, было обнаружено, что другая мера термоэлектрического поведения, коэффициент Зеебека, имеет значение близкое к ожидаемому для невзаимодействующего ферми-газа. Это озадачивает, потому что в некоторых областях канала сильно взаимодействующие атомы находились в сверхтекучем режиме (в котором газ или жидкость течет без вязкости) и в прототипе сверхтекучей жидкости гелий-4 коэффициент Зеебека равен нулю. Это несоответствие указывает на другой термоэлектрический характер для фермионного газа, изученного группой ETH.

Таким образом эти результаты ставят новые задачи для микроскопического моделирования сильно взаимодействующих фермионных систем. В то же время платформа, созданная с помощью этих экспериментов, могла бы помочь исследовать новые концепции для термоэлектрических устройств, таких как охладители и двигатели, которые основаны на взаимном преобразовании разностей температур в поток частиц, и наоборот.

Обнаружено нарушение закона Видемана-Франца

Художественное изображение двух температурно-несбалансированных резервуаров холодных атомов, соединенных через квантовый точечный контакт. Температурный баланс индуцируется лазерным лучом


Вы можете подписаться на наш Telegram-канал для получения наиболее интересной информации

+22
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Демонята-Максвелята? =)

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT