2013年11月19日 星期二
《自然》介绍新兴声子学研究八个主题领域

    科技日报讯 繁华大城市的街区,每天有喧闹的人群嘈杂、来往的汽车喇叭,生活在这里的人能毫不受城市噪音的影响吗?据物理学家组织网近日报道,美国佐治亚理工大学科学家在《自然》杂志上发表述评文章,介绍了目前一门新兴学科——声子学的八个主题领域,随着这些领域的发展进步,能让人们在繁华大都市里也享有宁静的生活。

    声子、光子或电子,都是能像波一样传播的物理粒子,也代表着一种机械振动。声子传播着每天的声音和热量。声子学研究已取得很大进步,科学家利用声子特性控制声音和热量,带来了许多新理念和新设备。

    “人们知道电子是因为计算机,知道电磁波是因为手机,但声子还没有这么多普及的设备。”佐治亚理工大学化学与生物分子工程学院科学家马丁·莫尔德文说。他曾在麻省理工学院领导研究工作,今年夏天在《物理评论快报》上发表论文,介绍了一项能控制热量在固体中传导的发明。

    声子也被称为热晶体,这一领域旨在探索怎样以特定的频率来引导热流,从而能像控制声波和光波那样控制热量波。他的文章回顾的八个主题领域是音波与热学二极管、光力晶体、声波与热“斗篷”、超音速声子晶体、热电学和热晶体学。莫尔德文称,这些技术“预示了声子学领域的下一代技术革命”,而所有这些领域都有一个共同的主旨:以不同的频率操纵机械振动。

    莫尔德文指出,当前声子学最热门的领域是研发声学和热学超材料,以屏蔽声波和热流。声子学屏蔽的方法是以电磁外罩材料为基础,这些材料已经用于光学领域。其中一个研究热点就是设计和制造斗篷、外罩类设备以控制声波,引导声波绕过特定目标,比如整栋建筑,这样对于声波来说,外罩内的所有物体就是它探测不到的。这些技术有望带来将热转化为其他能量的新设备,或二极管热当量,帮助那些数据中心解决服务器产生的大量废热的问题。

    莫尔德文说,声子学领域的研究相对还比较新,也将遇到许多未知的新事物,新问题会引导人们寻求解决方法。在未来,声子学研究还可能解决能源消耗和楼房建筑领域的更多难题。掌握并控制声子的材料学特性,有望带来热绝缘建筑方面的新奇技术,减少环境噪音,将废热转化为电能,开发地震保护等。如果这些成为现实,声子学将激发一波像电子学那样的科学创新潮。

    (常丽君)  

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