Foto: © makaule / Dollar Photo Club

Teplo se díky kvantovým jevům může šířit i vakuem

Kouzla kvantové fyziky na bázi Casimirova jevu umožňují, že teplo se vakuem může šířit i vedením, jako fonony. Mohl by tento jev najít využití i při chlazení elektroniky?

Nejprve základní vysvětlení. Tělesa s nenulovou teplotou vyzařují fotony a vychládají, v tomto smyslu ani vakuum nepředstavuje dokonalou izolaci. O to ale v příslušném výzkumu nejde. Vyzařování prostřednictvím fotonů zde bylo zanedbatelné, dílem bylo dokázat, že přes vakuum se skutečně může přenášet vibrační energie atomů a molekul – alespoň na vzdálenosti ve stovkách nanometrů. Vědci z University of California v Berkeley ve studii publikované v Nature označují tento jev jako Casimirovu interakci. (Casimirův jev popisuje přitahování desek rovnoběžně položených vedle sebe ve vakuu – i jinak než gravitací; jde zde o to, že mezi desky se vejde méně vln vznikajících fluktuacemi vakua. Viz také: Casimirův jev – proč se desky ve vakuu k sobě přitahují)
Vibrační energie přenášená ve formě tepla se popisuje jako pohyb kvazičástic – fononů. Xiang Zhang s kolegy nyní ukázali, jak kvantové jevy umožňují přenos fononů i vakuem, bez fyzického média. Za tímto účelem vytvořili extrémně tenké membrány z pozlaceného nitridu křemíku a ty pak umístili vedle sebe ve vakuové komoře. Pomocí optických i elektronických součástek pak bylo možné teplotu obou membrán jak přesně řídit, tak i měřit.
Casimirova interakce obnáší vznik virtuálních částic, respektive polí, právě fluktuacemi vakua („nulové kmity“ apod.), a právě tyto částice pak i přes svou omezenou životnost (jde o „vypůjčenou“ energii) stačí k přenosu fononů na nanometrové vzdálenosti. Po teoretické stránce se něco takového předpokládalo, vlastní provedení experimentu ale představovalo technický oříšek, velikost i samotnou konstrukci membrán bylo třeba pečlivě ladit. Nakonec se podařilo dokázat, že za přenos energie opravdu neodpovídají fotony.
V současné elektronice se již používají nanometrová měřítka. Jak se ukazuje, integrované obvody lze za těchto podmínek chladit i tehdy, když mezi různými součástkami bude vakuum. (Poznámka PH: Ovšem technické problémy spojené s experimentem asi ukazují, že měřitelný přenos tepla neprobíhá mezi libovolnými objekty o různé teplotě.) Fonony také přenášejí zvuk, takže do jisté míry lze teď dokonce i prohlásit, že zvuk se může vakuem šířit rovněž (poznámka PH: což dávno vědí tvůrci béčkových sci-fi filmů, známé efekty s výkřiky kosmonautů vyvržených při explozi lodi do vesmíru apod.).

Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1800-4 , https://nature.com/articles/s41586-019-1800-4
Zdroj: University of California – Berkeley/Phys.org

Týden na ITBiz: Tři globální úkoly pro superpočítač

Růst prodejů počítačů, pokles u chytrých telefonů. SIEM prozradí, co se ve firemní síti skutečně …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close