뜨거운 표면을 만지면 움직임이 느껴집니다. 차 찻잔에 손을 대면 손가락으로 따뜻함이 퍼집니다. 그것은 수십억 개의 원자들이 서로 충돌하는 센세이션입니다. 작은 진동은 물에서 머그잔으로 열 에너지를 전달한 다음 한 분자가 다음 분자에 부딪히면 피부로 들어갑니다.
열은 또한 방사선의 파동으로 공간을 가로 질러 갈 수 있지만, 방사선이 없으면 다른 분자에 부딪히기 위해 분자를 통과해야 할 물질이 필요합니다. 진공 청소기에는 "물질"이 없으므로 열을 가두는 경향이 있습니다. 예를 들어 지구 궤도에서 가장 큰 엔지니어링 과제 중 하나는 로켓을 식히는 방법을 찾는 것입니다.
그러나 현재 연구자들은 미세한 규모에서 이것이 사실이 아니라는 것을 보여주었습니다. 12 월 11 일자 Nature 지에 게재 된 새로운 논문에서 물리학 자들은 열의 작은 진동이 수백 나노 미터의 빈 공간을 가로 지르는 것을 보여 주었다. 그들의 실험은 양자 진공의 언캐니 (unanny) 기능을 이용했습니다. 실제로 전혀 비어 있지는 않습니다.
이 연구의 공동 저자 인 Hao-Kun Li는“우리는 두 물체가 수백 나노 미터의 빈 공간에서 서로 대화 할 수 있다는 것을 보여 주었다. 리는 스탠포드 대학교의 물리학 자로서 버클리 캘리포니아 대학교의 박사 과정생으로이 연구에 참여했습니다.
수백 나노 미터는 인간의 관점에서 수 천분의 1 밀리미터 또는 일반적인 바이러스보다 조금 더 큰 무한 공간입니다. 그러나 최소한 열전달의 단순한 모델에 따르면 열이 통과하기에는 여전히 너무 큰 차이가 있습니다.
2011 년에 연구원들은 양자 진공 자체가 열의 분자 진동을 전달할 수 있다고 추측하기 시작했습니다. Applied Physics Letters 저널에 실린 논문은 양자 물리학에서 진공이 에너지가 흐르는 곳으로 이해되고 있다고 지적했다. 물질과 에너지의 무작위 변동이 존재하여 사라지고 일반적으로 사람들이 상상할 수있는 것보다 훨씬 작은 규모로 사라집니다.
이러한 변동은 혼란스럽고 예측할 수 없습니다. 그러나 그들은 틈을 가로 질러 포논 (phonon)으로 알려진 양자 여기의 형태로 열파를 전달하는 디딤돌처럼 행동 할 수있다. 만약 당신이 몇 인치의 넓은 간격을 넘어 서기 위해 포논을 설정했다면, 당신을 맞이하기 위해 올바른 순서로 일어나는 올바른 변동의 확률은 너무 낮아서 노력이 무의미 할 것입니다.
그러나 연구자들은 규모를 축소하고 확률을 높인다. 약 5 나노 미터에서이 이상한 양자 돌 차기는 빈 공간을 가로 질러 열을 전달하는 주된 방법이 될 것입니다. 전자기 방사선을 앞지르는 에너지는 진공을 가로 지르는 유일한 방법이라고 생각했습니다.
그럼에도 불구하고, 그 연구자들은 그 효과가 약 10 나노 미터까지만 중요 할 것으로 예측했다. 그러나 10 나노 미터 규모의 것을 보는 것은 어렵다.
"우리는 실험을 설계했을 때, 이것이 쉽게 이루어질 수 없다는 것을 깨달았습니다."
효과가 발생하더라도 공간 스케일이 너무 작아서 결정적으로 측정 할 수있는 방법이 없습니다. UC Berkeley 물리학 자들은 진공을 가로 지르는 열을 직접 직접 관찰하기 위해 실험을 확장하는 방법을 알아 냈습니다.
Li는“우리는 매우 부드러운 기계적 막을 사용하는 실험을 설계했다”고 Li는 말했다.
그는 단단한 스틸 기타 줄을 뜯 으면 진동이 같은 탄성 나일론 기타 줄을 뜯었을 때보 다 훨씬 작을 것이라고 설명했다. 실험에서 나노 스케일에서도 같은 일이 일어났다.이 초 탄성 멤브레인은 연구자들이 보이지 않는 작은 열 진동을 볼 수있게 해주었다. 그 막에서 빛을 조심스럽게 튕겨서 연구자들은 아직도 작은 틈새를 가로 지르는 열 포논을 관찰 할 수있었습니다.
Li는이 작업이 일반 컴퓨터를 만드는 사람들과 양자 컴퓨터 디자이너 모두에게 유용 할 것이라고 밝혔다.
더 빠르고 빠른 마이크로 칩을 구축하는 데있어 중요한 문제는 작은 공간으로 클러스터링 된 회로에서 열을 분산시키는 방법을 찾는 것입니다.
"우리의 발견은 실제로 컴퓨터 칩이나 나노 스케일 장치에서 열을 발산하기 위해 진공을 설계 할 수 있음을 의미한다"고 그는 말했다.
그는 올바른 재료로 진공을 적절히 성형하여 진공을 조정한다면 앞으로 훨씬 더 기존의 매체보다 칩에서 열을 끌어내는 데 더 효과적 일 것이라고 말했다.
연구자들이 사용한 기술은 또한 다른 막에 걸쳐 포논 (진동 그 자체)을 뒤 얽는 데 사용될 수있다. 그것은 양자 물리학 자들이 이미 우주에서 분리 된 광자, 또는 빛 입자를 연결하는 것과 같은 방식으로 양자 레벨에서 포논을 연결합니다. 일단 연결되면, 포논은 가상 양자 컴퓨터의 "기계적 큐 비트"로서 기능하기 위해 양자 정보를 저장 및 전송하는데 사용될 수있다. 그리고 일단 냉각되면 포논은 전통적인 큐 비트보다 장기 데이터 저장에서 훨씬 더 효율적이어야한다고 그는 말했다.
