Vật liệu cực nóng thể hiện nhiệt độ của chúng bằng cách thực hiện xoắn.
Một nghiên cứu mới cho thấy rằng một số vật liệu hoạt động kỳ lạ khi chúng nóng hơn nhiều so với môi trường xung quanh. Được thúc đẩy bằng cách lặn mũi, quay các electron, chúng xoắn lại như nút chai.
Nhưng những phát hiện này chỉ là lý thuyết và chưa được chứng minh bằng thực nghiệm, tác giả chính của nghiên cứu Mohammad Maghrebi, một giáo sư trợ lý tại Đại học bang Michigan cho biết. Maghrebi và nghiên cứu của nhóm ông đã bắt đầu với một câu hỏi đơn giản: Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn đẩy vật liệu ra khỏi trạng thái cân bằng với môi trường của nó?
Các vật thể liên tục tỏa ra các photon, hoặc các hạt ánh sáng. Khi ở trạng thái cân bằng, ở cùng điều kiện, chẳng hạn như nhiệt độ, như môi trường của chúng, các vật thể đẩy các photon ở cùng tốc độ mà chúng hấp thụ lại các chất khác.
Đây là "loại khoa học mà chúng ta quen thuộc nhất", Maghrebi nói. Nhưng khi nhiệt độ bên ngoài một vật thể thấp hơn nhiệt độ của vật thể đó, vật thể sẽ bị ném ra khỏi trạng thái cân bằng, và sau đó "những điều thú vị có thể xảy ra".
Đối với một số loại vật liệu nhất định, làm nóng hoặc làm mát môi trường sẽ khiến các vật thể tỏa ra không chỉ năng lượng dưới dạng photon, mà còn cả cái gọi là động lượng góc - hay xu hướng của một vật quay để tiếp tục quay, Maghrebi nói.
Mặc dù các photon không thực sự quay, nhưng chúng có một tính chất gọi là "spin", Maghrebi nói. Vòng quay này có thể được mô tả là +1 hoặc -1. Các vật thể nóng được ném ra khỏi trạng thái cân bằng tỏa ra các photon với phần lớn cùng một spin (gần như tất cả +1 hoặc gần như tất cả -1). Sự đồng bộ của các photon này kéo tất cả các vật liệu trong vật thể theo cùng một hướng, dẫn đến mô-men xoắn hoặc chuyển động xoắn này.
Tuy nhiên, các nhà khoa học biết rằng chỉ cần nóng hơn môi trường xung quanh sẽ không đủ để đồng bộ các spin của photon và gây ra sự xoắn như vậy.
Vì vậy, họ tập trung lý thuyết của họ vào một loại vật liệu đặc biệt gọi là chất cách điện tôpô, có dòng điện hoặc electron chạy trên bề mặt của nó. Vật liệu này nóng hơn môi trường của nó, nhưng nó cũng có "tạp chất từ tính".
Những tạp chất này ảnh hưởng đến các electron trên bề mặt sao cho chúng thích một spin (các electron cũng có spin) so với các spin khác. Các hạt sau đó chuyển spin yêu thích của chúng sang các photon được giải phóng và vật liệu xoắn, ông nói.
Về nguyên tắc, bạn sẽ có một hiệu ứng tương tự cho bất kỳ vật liệu nào miễn là bạn áp dụng từ trường cho nó, Maghrebi nói. Nhưng trong hầu hết các tài liệu khác, lĩnh vực đó sẽ cần phải "thực sự, thực sự, thực sự rất lớn và điều đó không thực sự có thể."
Maghrebi cho biết ông hy vọng rằng các đội khác sẽ kiểm tra những dự đoán lý thuyết này bằng các thí nghiệm. Về việc liệu đây chỉ là một phát hiện vật lý tuyệt vời hay thứ gì đó có thể có một loại ứng dụng nào đó, điều đó không rõ ràng.
"Tôi thực sự không biết liệu có thể có một số ứng dụng hay không," Maghrebi nói. Nhưng nó "cảm thấy giống như một thứ có thể có một số ứng dụng."
Những phát hiện được công bố ngày 1 tháng 8 trên tạp chí Vật lý Đánh giá.
Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này đã được cập nhật để làm rõ rằng bất kỳ công việc thử nghiệm nào trong tương lai sẽ được thực hiện bởi các nhóm khác, không phải bởi Maghrebi và nhóm của ông, tất cả đều là các nhà vật lý lý thuyết.
