聲子也能穿隧過真空
- 上線日期：2010/11/11 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
熱可以透過傳導(conduction)、對流(convection)及輻射(radiation)等三種機制來傳遞，其中熱的傳導通常被認為只有當兩個物體接觸時才會發生，過程是靠量子化的分子震動，即「聲子」(phonon)，由較熱的物體轉移至較冷的物體，而真空對聲子而言是禁制區域 (forbidden zone)。
不過最近美國空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory)的Igor Altfeder等人發現，「熱」可以穿隧過奈米級的真空間隙，此即「聲子穿隧」(phonon tunneling)。
Altfeder的團隊測量由掃描穿隧式顯微鏡(STM)的鉑銥探針尖與金表面之間的熱流，針尖與金表面隔著0.3 nm的真空間隙，探針維持在室溫，金表面溫度則為90、150或210K。研究人員在針尖與金表面之間施加一外加偏壓，並量測通過探針流至表面的電流，由於該電流大小與兩種材料的熱振動直接相關，故量測電流便可計算推知探針尖端的溫度。
該團隊發現傳過真空縫隙的能量高達普朗克輻射的1010倍，這意味的熱能並非透過一般輻射方式傳遞，而是針尖的原子透過在金材料內製造聲子的方式，將熱能快速傳出去。
AFRL團隊表示，聲子穿隧的機制是由於兩物體間的電場造成的，而該電場則源於探針與樣品的功函數不同，導致探針尖端與其在樣品內的「鏡像電荷」(image charge)產生一致的的振動，換言之，探針尖端電場使得金表面的電荷一同震盪。
稍早芬蘭VTT科技研究中心的Mika Prunnila與Johanna Meltaus曾以理論預測壓電材料間的聲子穿隧，而Altfeder團隊的發現提供了有力的佐證。這項發現或許可以在奈米電子領域找到應用，或者用來發展由溫度梯度擷取能量的元件。詳見Phys. Rev. Lett. 105, p.166101 (2010)以及Phys. Rev. Lett. 105, p.125501 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44028
譯者:劉翼綱(彰化師範大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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