Метамагнетики позволят создать холодильники на магнетизме

Новое открытие в физике, сделанное командой ученых из Университета штата Вирджиния, может привести к созданию более эффективных холодильников, тепловых насосов и сканеров в аэропортах уже в ближайшее десятилетие.

Команда физиков и материаловедов вывела универсальный закон, регулирующий магнитные свойства метамагнетиков — металлических сплавов, которые могут резко увеличивать намагниченность при воздействии внешнего магнитного поля, например, от постоянного магнита или электромагнита.

Ученые обнаружили, что магнитный эффект всех метамагнетиков нелинеен. Если метамагнетики размещены в начальном магнитном поле и сила поля увеличивается вдвое, их магнитная сила увеличивается больше чем вдвое. Это важно, поскольку ученые и инженеры, вероятнее всего, будут использовать это уникальное свойство в различных применениях, в том числе и для холодильников.

«Мы выяснили, что это нелинейное свойство имеет одно количественное поведение для всех известных типов метамагнетиков, то есть закон универсален», — рассказал Беллейв Шиварам, профессор физики, возглавляющий исследования. Результаты исследований были опубликованы в журнале Physical Review B.

По словам Шиварам, новообретенное нелинейное свойство можно использовать по-разному.

«Очень полезное свойство такого типа магнетизма — магнитное охлаждение, — говорит он. — Магнитные охладители еще не особо распространены, скорее они находятся в стадии эксперимента. Но в конечном счете они могут стать частью повседневной бытовой техники, от тепловых насосов до холодильников, в которых мы храним еду».

В настоящее время метамагнетики производят эффективное охлаждение только при очень низких температурах с использованием сверхпроводящих магнитов, что делает их непрактичными для охлаждения в целом. С новым открытием они могут стать частью нашей жизни уже в ближайшем десятилетии.

В настоящее время холодильники потребляют очень много энергии в доме. Они включают несколько движущихся частей, что делает их дорогостоящими для ремонта, и они могут создавать утечки фторуглеродов в атмосферу, что разрушает озоновый слой. Холодильники будущего, в основе которых будут лежать метамагнетики, будут требовать меньшего количества движущихся частей, не будут требовать хладагентов и задействовать меньше электроэнергии.

«В новых материалах магнетизм можно циклично включать и выключать, откачивая тепло таким же образом, как работают тепловые насосы, — говорит Шиварам. — В тепловых насосах мы используем давление для цикличного охлаждения среды, перегоняя воду в пар. Новые магнитные холодильники будут задействовать магнитные материалы и работать с циклами магнитного поля».

Другое возможное применение для метамагнетиков — более эффективные методы сканирования в аэропортах. Эти устройства досмотра используют безвредные терагерцевые волны для сканирования сквозь материалы. Метамагнетики могут поспособствовать более эффективной генерации терагерцевых волн, путем преобразования мощных низкочастотных радиоволн в терагерцевые волны, используя нелинейные свойства метамагнетиков.

На этом, по словам ученых, возможные применения нового открытия не заканчиваются.