Чрезвычайно горячие материалы демонстрируют свою температуру, делая поворот.
Новое исследование предполагает, что некоторые материалы ведут себя странно, когда они намного жарче, чем их окружение. Приводимые в движение ныряющими электронами, они крутятся, как штопоры.
Но эти результаты являются теоретическими и еще не подтверждены экспериментально, сказал ведущий автор исследования Мохаммад Магреби, доцент в Университете штата Мичиган. Магриби и его команда начали исследования с простого вопроса: что произойдет, если вы подтолкнете материал к равновесию с окружающей средой?
Объекты постоянно излучают фотоны или частицы света. Находясь в равновесии, в тех же условиях, таких как температура, что и окружающая среда, объекты испускают фотоны с той же скоростью, с которой они поглощают других обратно.
Это «та наука, с которой мы больше всего знакомы», сказал Магреби. Но когда температура снаружи объекта ниже, чем температура этого объекта, вещь выходит из равновесия, и тогда «могут случиться интересные вещи».
Для некоторых видов материалов нагрев или охлаждение окружающей среды приводит к тому, что объекты излучают не только энергию в форме фотонов, но и то, что называется моментом импульса, или стремление вращающегося объекта продолжать вращаться, сказал Магреби.
Хотя фотоны на самом деле не вращаются, у них есть свойство, называемое «вращение», сказал Магреби. Этот спин можно описать как +1 или -1. Горячие объекты, выбрасываемые из равновесия, излучают фотоны с практически одинаковым спином (почти все +1 или почти все -1). Эта синхрония фотонов тянет весь материал в объекте в одном направлении, приводя к этому крутящему моменту или вращающему движению.
Тем не менее, ученые знали, что просто быть более горячим, чем окружающая среда, было бы недостаточно, чтобы синхронизировать вращения фотонов и вызвать такое скручивание.
Таким образом, они сфокусировали свою теорию на материале особого типа, называемом топологическим изолятором, который имеет электрический ток или электроны, текущие по его поверхности. Этот материал горячее окружающей среды, но в нем также есть «магнитные примеси».
Эти примеси влияют на электроны на поверхности так, что они предпочитают один спин (электроны также имеют спин) другому. Затем частицы передают свое предпочтительное вращение испускаемым фотонам, и материал закручивается, сказал он.
В принципе, у вас будет аналогичный эффект для любого материала, если вы приложите к нему магнитное поле, сказал Магреби. Но в большинстве других материалов эта область должна быть «очень, очень, очень большой, а это не совсем возможно».
Магреби сказал, что он надеется, что другие команды проверят эти теоретические предсказания, используя эксперименты. Относительно того, является ли это просто классной физикой или чем-то, что может иметь какое-то применение, неясно.
«На самом деле я не знаю, может ли быть какое-нибудь классное приложение», - сказал Магриби. Но это «похоже на то, что может иметь некоторые приложения».
Результаты были опубликованы 1 августа в журнале Physical Review Letters.
Примечание редактора: эта статья была обновлена, чтобы уточнить, что любая будущая экспериментальная работа будет проводиться другими командами, а не Магриби и его командой, которые все являются физиками-теоретиками.