科技日報(bào)北京3月24日電 （記者王小龍）美國俄亥俄州立大學(xué)的研究人員日前在一次實(shí)驗(yàn)中證明聲子是一種具備磁性的粒子，能夠在傳送聲音的同時傳導(dǎo)熱量。這在相關(guān)領(lǐng)域尚屬首次，為人們對聲波的認(rèn)識增加了一個新的維度。相關(guān)論文發(fā)表在3月24日（北京時間）出版的《自然·材料》雜志上。

　　聲子這個詞聽起來很像光子。因?yàn)榭茖W(xué)家們認(rèn)為它們是兩個表兄弟：光子是光粒子，聲子則是晶體結(jié)構(gòu)集體激發(fā)的準(zhǔn)粒子。自愛因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)后，全世界的科學(xué)家對光子的研究持續(xù)了100多年。聲子卻被冷落了，所以與此相關(guān)的研究也相對較少。

　　俄亥俄州立大學(xué)納米技術(shù)和機(jī)械工程學(xué)教授約瑟夫·賀爾曼斯說：“當(dāng)人們得知熱量和聲音之間還有什么關(guān)系的時候都會感到非常驚訝，更別說它們都能通過磁場被控制了。但其實(shí)從量子力學(xué)角度看，兩者都是通過能量來表達(dá)的。因此，控制其中的一個，另一個也會被控制。從本質(zhì)上講，熱即是原子的振動，材料溫度越高，原子振幅越大。同樣聲音也是一種振動。人們能夠聽到聲音，也是空氣振動傳導(dǎo)的結(jié)果。這項(xiàng)研究表明，聲子也是具備磁性的。并且我們相信這種特性存在于任何固體當(dāng)中。也就是說，只要有足夠強(qiáng)大的磁體，無論是玻璃、石材還是塑料，這些以往沒有磁性的材料都能夠通過磁場來進(jìn)行控制?！?/p>

　　但實(shí)驗(yàn)的難度在于必須要有足夠強(qiáng)的磁場和足夠低的溫度，因?yàn)橹挥羞@樣才能使材料中的原子運(yùn)動減速到聲子能夠參與的程度。像此次實(shí)驗(yàn)中所使用的7特斯拉的磁體和低至零下268度的低溫環(huán)境，除了醫(yī)院和實(shí)驗(yàn)室外都是沒有的。

　　在如此低的溫度下對熱量進(jìn)行測量是一件非常棘手的工作。新研究的解決方法是用一小塊銻化銦半導(dǎo)體制造出一個外形獨(dú)特的音叉。這個音叉的一邊寬4毫米，另一邊寬1毫米，底部還安裝有一個微型加熱器。

　　這個裝置能夠正常工作完全要?dú)w功于半導(dǎo)體在低溫下的獨(dú)特性質(zhì)。通常情況下，材料的熱傳導(dǎo)性能完全取決于構(gòu)成它的原子。但在極端低溫條件下，另一個因素開始起作用，即被測試樣品的尺寸。在這種條件下，與較小的樣本相比，較大的樣品可以更快傳遞熱量。這意味著，音叉較寬的一側(cè)會傳遞更多的熱量。

　　賀爾曼斯解釋說，可以將音叉想象成一個跑道，聲子是一個個運(yùn)動員，它們從音叉的基座奔向音叉的兩臂。選擇窄道的運(yùn)動員，由于空間狹窄，相互之間會發(fā)生碰撞，因此速度也會比較慢。而那些選擇較寬跑道的運(yùn)動員，因?yàn)榭臻g充裕所以速度更快。

　　正如研究人員所預(yù)期的那樣，在未施加磁場的情況下，音叉較寬的一側(cè)能夠傳遞更多的熱量。但在施加磁場的情況下，熱量經(jīng)由音叉較寬一側(cè)的傳導(dǎo)速度減緩了12%。

　　研究人員由此得出結(jié)論：聲子一定是受到了磁場的影響，產(chǎn)生了相互碰撞導(dǎo)致了熱量傳遞速度的減緩，聲子應(yīng)該是具備磁性的。這一說法同時也得到了計(jì)算機(jī)量化模擬實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

　　賀爾曼斯說：“我們的研究已經(jīng)表明人們可以引導(dǎo)磁熱，借助足夠強(qiáng)大的磁場，未來我們或許還能引導(dǎo)聲波?！毖芯啃〗M下一步將測試用磁場是否能使聲波發(fā)生轉(zhuǎn)向。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　形容一個人“聲音有磁性”，看來有科學(xué)根據(jù)。借用醫(yī)院用的超級冰箱，磁場扭曲了冷冰冰的聲音，這是個怪主意，不過成功了。創(chuàng)新就是耍怪，不怪何來創(chuàng)新？搞科學(xué)，多來點(diǎn)“搞笑諾貝爾獎”導(dǎo)向吧，或許沒有論文，但必有樂趣。您看，這一次科學(xué)家就可能發(fā)明出“磁力隔音罩”。讓喧鬧的馬路遠(yuǎn)去吧！