Para saintis telah melihat sesuatu yang ajaib berlaku di dalam grafit, barang-barang yang memimpin pensil anda terbuat dari: Haba bergerak dalam gelombang pada kelajuan bunyi.
Itu cukup menarik untuk beberapa sebab: Haba tidak sepatutnya bergerak seperti gelombang - ia biasanya meresap dan memantul dari molekul-molekul yang menggeliat di setiap arah; Sekiranya haba boleh bergerak sebagai gelombang, ia boleh bergerak ke satu arah secara beramai-ramai dari sumbernya, sejenis tenaga zapping sekaligus dari objek. Beberapa hari, tingkah laku pemindahan haba dalam grafit ini boleh digunakan untuk menyejukkan mikroelektronik dalam sekejap. Iaitu, jika mereka dapat melakukannya untuk suhu yang munasabah (mereka bekerja dalam suhu tulang yang berkurang daripada minus 240 darjah Fahrenheit, atau tolak 151 darjah Celcius).
"Jika ia membuat suhu bilik dalam beberapa bahan, maka akan ada prospek untuk beberapa aplikasi," kata penyelidik penyelidik Keith Nelson, seorang ahli kimia MIT, kepada Live Science, sambil menambah bahawa ini adalah suhu tertinggi sesiapa sahaja yang melihat perilaku ini berlaku.
Dapatkan kereta api panas
Para penyelidik menyifatkan pergerakan haba biasa dengan menggunakan cerek yang dipanaskan - Setelah mematikan pembakar, tenaga panas itu menimbulkan tumpahan pada molekul udara, yang bertemu satu sama lain dan mengeluarkan haba dalam proses. Molekul ini melantun di setiap arah; beberapa molekul ini berselerak kembali ke cerek. Dari masa ke masa, air cerek dan persekitaran mencapai keseimbangan pada suhu yang sama.
Dalam pepejal, molekul tidak bergerak kerana atom dikunci ke kedudukan. "Perkara yang boleh bergerak adalah gelombang bunyi," kata Nelson, yang bercakap dengan Live Science bersama pengarang bersama Gang Chen, jurutera mekanikal di MIT.
Sebaliknya, melonggarkan haba ke fonon, atau sedikit bunyi getaran bunyi; fonon boleh melantun dan bertaburan, membawa jenis haba seperti molekul udara lakukan dari cerek.
Gelombang haba ganjil
Itu bukan apa yang berlaku dalam eksperimen baru ini.
Kerja teori sebelum ini oleh Chen meramalkan bahawa haba mungkin bergerak seperti gelombang apabila bergerak melalui grafit atau graphene. Untuk menguji ini, penyelidik MIT melintasi dua sinar laser di atas permukaan grafit mereka, mewujudkan apa yang dipanggil corak gangguan di mana terdapat garis garisan selari dan tiada cahaya. Ini mewujudkan corak yang sama dengan kawasan yang dipanaskan dan tidak panas pada permukaan grafit. Kemudian, mereka menyasarkan satu lagi pancaran laser pada persediaan untuk melihat apa yang berlaku apabila ia melanda grafit.
"Biasanya, haba secara beransur-ansur akan tersebar dari kawasan yang dipanaskan ke kawasan yang tidak panas, sehingga corak suhu dibersihkan," kata Nelson. "Sebaliknya, haba mengalir dari dipanaskan ke kawasan yang tidak panas, dan terus mengalir walaupun selepas suhu diseimbangkan di mana-mana, jadi kawasan yang tidak panas itu sebenarnya lebih hangat daripada kawasan yang dipanaskan pada awalnya." Sementara itu, kawasan yang dipanaskan menjadi lebih sejuk daripada kawasan yang tidak panas. Dan semuanya berlaku dengan pantas - pada kelajuan yang sama yang bunyi biasanya bergerak dalam grafit.
"Haba mengalir lebih cepat kerana ia bergerak dalam fesyen seperti gelombang tanpa berselerak," kata Nelson Live Science.
Bagaimanakah mereka mendapat kelakuan yang pelik ini, yang mana para saintis memanggil "bunyi kedua," berlaku dalam grafit?
"Daripada perspektif asas, ini bukan hanya tingkah laku biasa, bunyi kedua hanya diukur dalam segelintir bahan yang pernah ada, di mana-mana suhu yang kita perhatikan jauh dari cabaran biasa untuk memahami dan menerangkannya," kata Nelson .
Berikut adalah apa yang mereka fikir sedang berlaku: Grafit, atau bahan 3D, mempunyai struktur berlapis di mana lapisan karbon nipis tidak mengetahui yang lain ada di sana, dan oleh itu mereka berkelakuan seperti graphene, yang merupakan bahan 2D. Kerana apa yang disebut Nelson ini "dimensi yang rendah," fonon yang membawa haba dalam satu lapisan grafit kurang berkemungkinan akan melantun dan menyebarkan lapisan lain. Juga, fonon yang boleh terbentuk dalam grafit mempunyai panjang gelombang yang kebanyakannya terlalu besar untuk mencerminkan ke belakang selepas merosakkan atom dalam kisi, sebuah fenomena yang dikenali sebagai backscatter. Pek suara kecil ini menyebarkan sedikit, tetapi perjalanan kebanyakannya dalam satu arah, yang bermaksud bahawa secara purata, mereka dapat melakukan perjalanan jauh lebih cepat.
Nota Editor: Artikel ini dikemaskini untuk menjelaskan beberapa kaedah dalam eksperimen dan fakta bahawa haba mengembara pada kelajuan yang sama bahawa bunyi akan bergerak melalui grafit, bukan udara, seperti yang dinyatakan sebelum ini.
