近日，美国密歇根大学和威廉玛丽学院的研究人员发现，在两个纳米尺度的物体之间流动的热量比标准辐射理论预测的高100倍，而物体之间的距离甚至超过了纳米尺度。该研究结果发表于9月3日发表在了《自然》杂志上。该研究成果可能会对太阳能电池、单向热流阀门材料，甚至是基于热量的计算平台产生重大影响。
马克斯·普朗克于1900年提出的辐射理论为量子力学奠定了基础，并在此后的一个世纪里得到了长足发展。但五年前，美国密歇根大学机械工程教授、材料科学与工程教授Pramod Reddy实验室的一个微结构让原本应该相互隔热的物体之间的热流达到了惊人的程度。
“在很长一段时间里，我们都找不出原因。基于普朗克理论的计算似乎无法解释我们所观察到的情况。”文章的第一作者Dakotah Thompson说道。他当时还是Reddy实验室的一名研究生。
密歇根大学机械工程教授、生物医学工程教授Edgar Meyhofer甚至认为是学生的计算错误。但他们没有失误，于是Thompson的首要任务就是弄清楚到底发生了什么。
两个物体之间的热流速度有一个极限，这个极限取决于物体的大小、接触面、温度以及间距等。热以电磁波的形式在物体之间传播，如红外线辐射和可见光。此前，Reddy和Meyhofer领导的一项研究表明，由纳米尺度间隙(小于辐射的主要波长)隔开的物体之间，热量的传播速度可能是预期的1万倍，但在较大的间隔下，这种机制就不起作用了。在Meyhofer和Reddy的指导下，Thompson设计了一系列实验来探索这些意想不到的观测结果。
Thompson制作了与普通卡片形状相似、但长度和宽度比卡片小一千倍的配对半导体板。矩形板的厚度在0.01毫米至270纳米之间。他把它们悬挂在比人类头发细100倍的窄梁上。在一个像信用卡一样大小和形状的物体中，热量通常会按表面积的比例从六个面中的每一面辐射出来。但研究小组发现，当这些结构非常薄时——最薄时大约为绿光波长的一半，这些边缘释放和吸收的热量比预期的要多。
接着，博士后Linxiao Zhu根据实验结果建立了两个薄板的详细数学模型，以及控制这些结构之间传热的物理机制。最后，他的研究结果证实了热流中100倍的增强是由于波在极薄的板块中的特殊运动方式。由于波与平板的长尺寸方向平行传递，所以热量会从边缘喷出。
虽然这种效应在微尺度和小尺度上最强，但纳米技术的兴起可能意味着我们将看到这种新想法在设备上得到应用。例如以类似电子管理技术的方式控制热流，为下一代计算机和二极管(如单向阀)制造热晶体管。
但Reddy提醒说，基于热量的计算设备将比电子设备更慢更大，但在某些情况下，比如高温环境中，这种设备更有用。
编译：Coke
审稿：alone
来源：http://h5.scimall.net.cn/register?from=wechat
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