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研究:室温下首次观测到量子热导

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热是如何在单原子结传递的艺术表达图。图片来自:Enrique Sahagún, Scixel热是如何在单原子结传递的艺术表达图。图片来自:Enrique Sahagún, Scixel密歇根大学研究者史上首次在室温下,将金属拉伸成一条单原子大小的结时,热量会以量子化的方式传导。他们的研究发表在《科学》期刊上。

此前已有实验证明在极低温度(接近绝对零度,即零下273摄氏度)下,在微米尺度的物体中观测到这种现象。这是第一次在原子级别的物体上进行测量并在室温下探测到这种量子导热现象。

这个研究也同时证明了威德曼-弗朗兹定律(Wiedemann-Franz) 在单原子上也适用。威德曼-弗朗兹定律即在给定温度下,许多金属材料的热导率与它的电导率之比约为常数,这是个与物体材料属性无关的常数。

密歇根大学机械工程博士生,此次研究的第一作者崔龙基 (Longji Cui)说: "我们想研究如果将物质缩小到极致,热是怎么传导的呢。"

这项研究利用具有亚纳米尺度稳定性的扫描探针来操纵单原子结的形成,并在皮瓦级别热流分辨率(picowatt-resolution heat flow)的实验平台上实现了室温下的量子导热测量。 "我们花费了好几年时间来提高这个实验平台的测量敏感性。" Edgar Meyhofer,机械工程系教授说道。

Pramod Reddy,机械工程系教授,该文章另一作者表示:"这个研究为在不同物质上(包括原子、分子大小的器材和有机分子)测试能量和热量传递的极限性质提供了可能性。"