Casimir effektus

A kutatás a Casimir effektus néven ismert kvantum különösségre épít, azt az elképzelést használja ki, hogy a légüres tér valójában nem üres, hanem tele van apró elektromágneses fluktuációkkal, melyek kölcsönhatásba léphetnek a körülöttük elhelyezkedő anyaggal.

A tudósok korábban már bebizonyították, hogy a Casimir-effektus mozgathatja a nanorészecskéket vákuumban, és két tárgyat közelebb húzhat egymáshoz, ez a legújabb tanulmány pedig azt magyarázza, hogy képes működtetni a hőátadást is.

A felfedezés befolyásolhatja a nanoméretű elektronikai alkatrészek és  a kvantumszámítógépek tervezését is, lehetővé téve a hő kezelését a legkisebb méreteknél is, mely méretskála felé készülékeink is fejlődnek.

"A hőt szilárd anyagban általában az atomok vagy molekulák vezetik, vagy az úgynevezett fononok rezgései - de vákuumban nincs fizikai közeg" - mondta Xiang Zhang a kaliforniai Berkeley-i Egyetem gépészmérnöke. "A tankönyvek  évek óta azt írják, hogy a fononok nem utazhatnak a vákuumon keresztül. Meglepő módon most azt fedeztük fel, hogy a fononok átvihetők vákuumban is, a láthatatlan kvantumingadozások segítségével."

Aranyoskáim

A dolgot két arany bevonattal ellátott szilikon-nitrid membrán segítségével bizonyították, amelyek néhány száz nanométer távolságra helyezkedtek el egymástól egy vákuumkamrában. A membránok közötti tökéletes űr, és az elhanyagolható mennyiségű fényenergia ellenére az egyik membrán felmelegítése, felmelegítette a másikat is.

Nagyobb léptékben ez nem történik meg - ezért tartja melegen a kávét a termosz két fala közötti vákuum-tér, mert a hő nem képes akadálytalanul átjutni a résen - de a legkisebb méreteknél ez másképpen működik. A kísérletben mindent gondosan konfigurálni és ellenőrizni kellett, a membránok hőmérsékletének pontos ellenőrzésétől a laboratóriumi kamra pormentesen tartásáig.

Bár a távolság, melyen a hőnek át kellett haladnia nagyon kicsi volt, mégis elegendő volt ahhoz, hogy kizárják a hőátadás egyéb okait, például az elektromágneses sugárzásból származó energiát (a Nap melegíti így a Földet a tér vákuumán keresztül.)

A jövő hangja

És a tanulmány mögött álló tudósok úgy gondolják, hogy még több lehet ebben a kísérletben, mint ami elsőre látszik. Ha a hő átjuthat a légüres téren, akkor talán a hang is. Végül is, mindkettő molekuláris rezgésekre támaszkodik, terjedése során.

Ennek bizonyítására persze újabb kísérletek szükségesek, Jelenleg a csapat megvizsgálja, hogy ez a különleges kvantumhatás, hogyan használható fel a hőáramlás kezelésére a jövő számítógépeiben, és az elektronikában.

"A hőátadás új mechanizmusának felfedezése példátlan lehetőségeket nyithat meg a nanoméretű hőkezelés területén, ami fontos a nagysebességű számításokhoz és az adattároláshoz" - mondta Hao-Kun Li a Stanford Egyetem gépészmérnöke. "Most majd úgy tervezhetjük meg a kvantum-vákuumot, hogy elvezesse a hőt az integrált áramkörökben." A kutatást a Nature folyóiratban tették közzé.

(Forrás: ScienceAlert Képek: Pxhere, Stanford)