為了確保他沒有犯錯誤，鄧肯對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了四重檢查，再次進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了心理健康休息。當(dāng)他第二天早上在電腦前，他面對相同的結(jié)果：熱量仍然快速地移動。

 

鄧肯和他的同事上周在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

 

這種被稱為“第二聲”的現(xiàn)象讓物理學(xué)家感到興奮，部分原因是它可以為先進(jìn)的微電子技術(shù)鋪平道路。

 

空氣傳導(dǎo)熱量是通過分子攜帶，分子不斷相互碰撞，并在各個方向（ 向前，側(cè)向甚至向后）散熱。這種方式基本上是低效率，導(dǎo)致導(dǎo)熱相對緩慢（相比之下，輻射熱可以作為紅外輻射以光速傳播）。

 

熱量在固體中移動同樣緩慢。在固體當(dāng)中，聲子（晶格振動的簡正模能量量子）像空氣中的分子一樣攜帶熱量，使其在所有方向上散射并緩慢分散。麻省理工學(xué)院基思·尼爾森說 ：“這有點(diǎn)像你把一滴食用色素放入水中，就會蔓延開來。它不會像箭頭那樣直接從你放下的地方移開。”

 

但這正是鄧肯的實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象。在“第二聲”中，聲子的后向散射被嚴(yán)重抑制，從而允許熱量向前發(fā)射。

 

尼爾森說：“這就是波浪運(yùn)動的表現(xiàn)方式。如果你在游泳池中，并且你制造了一個水波，那么它將會離開你所在的地方。但是熱量表現(xiàn)不正常。”

 

而在大多數(shù)情況下，不會出現(xiàn)“第二聲”現(xiàn)象。 75年前首次在液氦中檢測到第二聲，后來在三種固體中觀察到這種現(xiàn)象。

 

尼爾森說：“早期的所有跡象都表明，這種情況實(shí)際上僅限于很少的材料，而且只能在非常低的溫度下使用，因此，科學(xué)家認(rèn)為第二聲的研究已經(jīng)走到了盡頭。”

 

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院材料科學(xué)家尼古拉·馬扎里（Nicola Marzari）表示：“并不是非常清楚第二聲音與麻省理工實(shí)驗(yàn)結(jié)果的區(qū)別。整個領(lǐng)域的研究已經(jīng)蟄伏多年了。”

 

但大約在五年前數(shù)值模擬的明顯改進(jìn)幫助恢復(fù)了這一領(lǐng)域研究,使學(xué)家們認(rèn)識到這種現(xiàn)象可能更為普遍。例如，麻省理工學(xué)院的工程師Gang Chen提出，在常溫溫度下，石墨中可能會看到第二聲現(xiàn)象。

 

首先，鄧肯使用兩個交叉激光束將熱量沉積到石墨樣品中以產(chǎn)生干涉圖案（交替的明暗區(qū)域?qū)?yīng)于碰撞波浪中的波峰和波谷）。一開始，波峰加熱石墨，而波谷保持冷卻。但是一旦鄧肯關(guān)閉了激光器，當(dāng)熱量從熱波峰流向冷卻槽時，模式將開始緩慢減弱。一旦整個樣品達(dá)到均勻溫度，實(shí)驗(yàn)將結(jié)束。當(dāng)激光停止發(fā)光時，石墨繼續(xù)讓熱量流動，直到熱的波峰變得比波谷更冷。兩者令人吃驚的出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，類似波浪起伏一樣。

 

該發(fā)現(xiàn)可能在未來可以找到實(shí)際用途。石墨是一種常見的材料，也不需要之前研究認(rèn)為的低溫條件，這兩個特性可能有助于工程師克服當(dāng)今微電子學(xué)中令人生畏的熱管理問題。

 

試想一下，如果熱量以聲速散出去，讓材料和設(shè)備更快地冷卻。這樣的技術(shù)進(jìn)步肯定會讓工程師們建造出更小，更高效的微電子技術(shù)。