Эффект второго звука наблюдали при рекордно высокой температуре

Ученые массачусетского технологического университета провели эксперимент, продемонстрировавший распространение в графите (том самом, что в грифеле карандаша) необычных тепловых колебаний при -150ᵒС. Результаты были опубликованы в журнале Science. Что такое звук? Звук — это волна распространяющихся колебаний (периодических сжатий и разрежений) упругой среды, характеризующиеся частотой и амплитудой. Частицы колеблются широко, с большой амплитудой — звук выходит громкий, частицы колеблются быстро — высокий. Что такое второй звук? Это колебания не плотности, а тепла: «теплые» частицы колеблются относительно остального массива молекул. Однако если проводить колебания температуры в обыкновенной жидкости, они быстро затухают. Никакого второго звука здесь не услышать. Впервые это явление предсказал Лев Давидович Ландау, а «услышал» Василий Петрович Пешков на жидком гелии при температуре порядка -250 ᵒС. На этот раз Райан Дункан, доктор физико-химических наук, сотрудник Массачусетского технологического университета, наблюдал второй звук в графите. При температуре -150 ᵒС он увидел явные признаки того, что тепло может проходить через графит волнами. Это самая высокая температура, при которой ученые когда-либо наблюдали второй звук. Эксперимент заключался в следующем: на графит направляли два лазерных луча так, что интерференция их света создала «волнистую» картину. Области, лежащие под гребнями волн, были нагреты, а те, которые соответствовали впадинам, оставались холодными. Расстояние между гребнями составляло порядка 10 мкм. Затем на образец направляли третий лазерный луч, свет которого рассеивался волновой решеткой, образуемой первыми двумя. Его сигнал измеряли фотодетектором. Детектируемый сигнал был пропорционален амплитуде волн, которая отражает то, насколько гребни горячее, чем впадины. Таким образом, Дункан и его коллеги могли отслеживать, как тепло проходит по образцу с течением времени. При «нормальной» теплопередаче поверхностные колебания бы медленно уменьшались по мере того, как тепло перемещалось от гребней к впадинам, смывая рисунок решетки. Однако фактически гребни становились более холодными, чем впадины. То есть картина была инвертирована, что означает, что в течение некоторого времени температура передавалась от более холодных областей в горячие регионы. «Это полностью противоречит нашему повседневному опыту и процессу теплопередачи практически во всех существующих материалах», — комментирует Дункан. В настоящий момент исследовательская группа уже планирует эксперименты с графеном — двумерным родственником графита. Возможно, он воспроизведет второй звук при еще более высоких температурах. Если так, то материал найдет массу применений для охлаждения все более и более плотных микроэлектронных устройств. Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.