Mecânica

Magnetismo pode controlar calor e som

Magnetismo pode controlar calor e som
Os fônons - as partículas elementares do calor e do som - possuem propriedades magnéticas.[Imagem: Renee Ripley/OSU]

Fônons

Você já imaginou guiar o som ou o calor usando campos magnéticos?

Pois Hyungyu Jin e seus colegas da Universidade de Ohio, nos Estados Unidos, acabam de demonstrar que as ondas - ou as partículas - de som e de calor têm propriedades magnéticas, podendo ser manipuladas por um campo magnético externo.

Os físicos concebem o som e o calor de forma muito parecida com a luz, ou seja, tanto como uma partícula, quanto como uma onda. Enquanto as partículas de luz são chamadas de fótons, as partículas de som e calor são conhecidas como fônons.

Essencialmente, o som é a vibração dos átomos em um meio qualquer, enquanto o calor é o armazenamento de energia nessas vibrações. Assim, em termos da mecânica quântica, os dois são expressões da mesma forma de energia.

E, enquanto a física clássica explica a condução calor em termos de difusão, nas dimensões regidas pela mecânica quântica o calor movimenta-se por ondas vibracionais.

Guiando o calor com magnetismo

O que Jin demonstrou experimentalmente pela primeira vez é que os fônons têm propriedades magnéticas.

"Isso acrescenta uma nova dimensão à nossa compreensão das ondas acústicas," disse seu professor Joseph Heremans. "Nós mostramos que podemos guiar magneticamente o calor. Com um campo magnético forte o suficiente, poderemos ser capazes de guiar também as ondas sonoras."

Magnetismo pode controlar calor e som
Os fônons foram desviados em um dos braços de uma forquilha do material semicondutor antimoneto de índio. [Imagem: Kevin Fitzsimons/OSU]

Usando um campo magnético da mesma magnitude daqueles usados em equipamentos médicos de ressonância magnética, a equipe reduziu a quantidade de calor que flui através de um dispositivo semicondutor em 12%.

A implicação disso é que, em materiais como vidro, pedra ou plástico - materiais que não são normalmente magnéticos - o calor pode ser controlado magneticamente, desde que você tenha um ímã poderoso o suficiente.

O efeito revelado passou despercebido nos metais provavelmente porque eles transmitem tanto calor via elétrons que o calor transportado pelos fônons torna-se insignificante.

Ciência básica

A descoberta faz parte de uma série de fenômenos desvendados recentemente na fronteira entre a ciência clássica e a mecânica quântica, que incluem a propagação do calor em ondas, o controle da luz com som e os primeiros elementos de uma eventual "eletrônica do calor".

Este fenômeno específico agora descrito não deverá ter aplicações imediatas, afinal, ímãs de sete teslas como o utilizado no experimento são grandes e caros, e o material semicondutor onde os fônons foram guiados teve que ser refrigerado a -268 graus Celsius - em grande medida isso explica porque o fenômeno nunca havia sido detectado.

Apesar disso, a equipe pretende prosseguir no estudo, e agora irá tentar guiar ondas de som usando campos magnéticos.

Bibliografia:

Phonon-induced diamagnetic force and its effect on the lattice thermal conductivity
Hyungyu Jin, Oscar D. Restrepo, Nikolas Antolin, Stephen R. Boona, Wolfgang Windl, Roberto C. Myers, Joseph P. Heremans
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat4247




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