محاسبات جدید نشان می‌دهد، حلقه‌ای از تشدیدگرها در حالی که دمای یکسای دارند قادرند از شارش حرارتی مداومی پشتیبانی کنند.

حرارت از جسم گرم به سرد «سرازیر» می‌شود که قانونی عادی است. با این حال آزمایشی پیشنهاد شده که می‌تواند شارش حرارتی پیوسته‌ای را حول حلقه‌ای از تشدیدگرهایی که همگی در دمای یکسانی قرار دارند، تولید کند. این شارشِ بدون گرادیان شامل فونون‌های حامل حرارتی خواهد بود که از یک تشدیدگر به تشدیدگر مجاورش می‌پرند (شبیه یک «چرخ و فلک فونونی»)؛ این سیستم به واسطه‌ی یک تحریک نوری مخصوص مهندسی شده است.

همان‌طور که در جریان‌های الکتریکی مداوم در آهنرباهای دائمی و ابررساناها دیده شده، شارش‌های خودران در طبیعت رخ می‌دهند. با این حال شارش‌های حرارتی مداوم هرگز مشاهده نشده‌اند اما یک تیم پژوهشی از دانشگاه پاریس تصور می‌کنند که با تغییر آرایه‌‌ی تشدیدگرهای اپتومکانیکی می‌توان تحولی ایجاد کرد؛ این آرایه‌ها اشیاء کوچک شبه-کاواک هستند که هردوی مدهای اپتیکی و مکانیکی را پشتیبانی می‌کنند.

ساده‌ترین موردی که توسط این تیم بررسی شده حلقه‌ای از صفحه‌های نیم‌رساناست. انرژی در درون هر صفحه می‌تواند بین مدهای اپتیکی و مکانیکی سوئیچ شود. مدهای اپتیکی در یک صفحه می‌توانند انرژی را نیز به صفحه‌های همسایه منتقل کنند. با این حال شکاف‌هایی که بین صفحه‌ها وجود دارد از جفت‌شدگی مستقیم مدهای مکانیکی در صفحه‌های مختلف جلوگیری می‌کند.

این گروه برای ایجاد شارش حرارتی در چنان حلقه‌ای، مدهای اپتیکی با نور لیزر با فاز مناسب را به شکل شگفت آوری شبیه‌سازی کرده‌اند. این نور مهندسی شده موجی از تحریکات را جرقه می‌زند که در یک حلقه‌ی دایروی و حول حلقه طی مسیر می‌کند. محاسبات این تیم نشان می‌دهد که افت و خیزهای کوانتومی در تحریکات اپتیکی اندرکنش بلندبرد موثری را ایجاد می‌کند که به فونون‌ها اجازه می‌دهد تا از صفحه‌ای به صفحه‌ی دیگر در جهت موج پرش داشته باشد. این پژوهش‌گران تصور می‌کنند که چنان شارش‌های حرارتی دائمی قادر خواهد بود حساسیت تشدیدگرهای اپتومکانیکی را که در حس‌گرهای نیرو در ابعاد نانو بکار می‌روند بهبود بخشند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

نویسنده:

مایکل شربر کمک ویراستار مجله فیزیک در لیون فرانسه است.

منبع:

Heat Flows in a Circle Without Gradients