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Mecânica

Magnetismo pode controlar calor e som

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/04/2015

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:

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






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