Теоретическое исследование предполагает противоречивую идею о том, что самым быстрым способом нагревания определенных типов материалов может быть их предварительное охлаждение.
Чтобы разогреть кусок пиццы, вы, вероятно, не захотите сначала охлаждать ее в холодильнике. Но теоретическое исследование предполагает, что охлаждение, как первый шаг перед нагреванием, может быть самым быстрым способом подогрева определенных материалов. Фактически, такое предварительное охлаждение может иногда приводить к экспоненциально более быстрому нагреву , считают два физика в исследовании, принятом в Physical Review Letters .
Концепция похожа на эффект Мпембы , противоречивое и противоречивое наблюдение, что горячая вода иногда замерзает быстрее, чем холодная. Ученые до сих пор не согласны с тем, почему возникает эффект Мпемба, и сложно воспроизвести эффект последовательно. Новое исследование - это «способ думать о таких эффектах, как эффект Мпембы, с другой точки зрения», - говорит физик Андрес Сантос из Университета Эстремадуры в Бадахосе, Испания, который не принимал участия в исследовании.
Этот потенциал для более быстрого нагрева на самом деле относится не к кусочкам пиццы, а к некоторым упрощенным теоретическим моделям материалов, которые ученые используют для расчетов, которые помогают им понять реальные материалы. Физики Амит Гал и Орен Раз из Научного института Вейцмана в Реховоте, Израиль, изучали теоретическую систему, называемую моделью Изинга, двумерной сеткой атомов, магнитные полюса которых направлены вверх или вниз. В частности, они рассмотрели вариант модели Изинга, в котором соседние атомы имели тенденцию направлять свои полюса в противоположных направлениях, поведение, которое называется антиферромагнитным. В этой системе нагрев может происходить быстрее после фазы предварительного охлаждения.
Для того, чтобы новый эффект имел место, должно быть какое-то соответствующее свойство системы, отличное от равномерной температуры, на которую влияет предварительное охлаждение. В противном случае не было бы никакой разницы между системой, которая была предварительно охлаждена и подогрета, и системой, которая не имела. «Температура не может рассказать всю историю», - говорит Гэл.
В случае антиферромагнитной модели Изинга исследователи рассмотрели общую намагниченность, создаваемую всеми атомами, а также сколько магнитов указывало в противоположном направлении от их соседей. Охлаждение материала может изменить соотношение между этими двумя свойствами таким образом, чтобы нагрев происходил быстрее.
Раз надеется, что физики могут искать эффект в реальных материалах, таких как магнитные сплавы.
«Перспективы потрясающие», - говорит физик Адольфо дель Кампо из Международного физического центра Доностия в Испании. Ученые искали способы ускорить нагрев в крошечных машинах, которые следуют правилам квантовой механики и могут обойти некоторые ограничения стандартных машин. По его словам, если эффект можно будет использовать в таких мельчайших машинах, «это будет весьма удобно».