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自旋世界(27)--多铁复兴IV 精选

已有 8055 次阅读 2008-4-30 09:17 |个人分类:科普|系统分类:科研笔记



1980
年代以前的多铁故事一直都让人很烦闷,就像今天南京的春天一般,让人无法透气。

 

站在紫金山麓高处,浏览金陵古城,眼底下只有高密度的尘埃颗粒在作布朗运动。产生的乳白色混浊海洋完全淹没了金陵的秀丽与温柔,间或可以模模糊糊得见混沌之上飘浮着一些没有根基的俄罗斯方块。我们知道那是高耸入云的摩天大楼屋脊,就像黑白蓬莱那海市蜃楼中的浮萍,意味着金陵城污染下的窒息和绝望。

 

物理的使者也站在上帝身边,冷眼遥看1970年代多铁沉寂的世界,毫不怜悯Hans Schmid和其他几位老者在那边倔强而苍凉地细语呢喃、泪盏悲盅。

也该是多铁不灭,铿锵绝壁之上枯萎的松枝预示着科学精神的再生。1970年代末期,飞利浦公司研发中心走来一位智者,名叫J. van Suchtelen。他的研究领域和兴趣一直以来与多铁并无关联,可是就是他绵绵之中救了多铁一命,或者说他于无意中为多铁打了一针生命垂危下的强心针。

 

故事现在看起来很简单了。那段时日,复合材料的概念与实践方兴未艾,大家没事了拐着弯儿将两种不同的物质拉在一起配配,不定能够配出一对人间佳偶、世间奇缘!我们知道铁电材料具有压电效应:压力下应变产生电场或者电场作用下产生应变。我们也知道磁性材料一般也有类似性能(我们叫压磁效应或者磁致伸缩效应):磁场作用下产生应变或者应变之下也可产生磁通。现在没人清楚Such大侠昨天夜里想到了什么,但现在人人明白他将铁电体与磁体这两个不同世界里的宠儿拉到了一起。这可是无意间的才子佳人组合,诞生了磁电耦合这一新流派,成为炒作现代科学技术的范例。自1980年代开始,这对组合配合得天衣无缝、效果奇佳、粉丝拥簇。磁电耦合这一流派在接下来的二十年里,名角高人辈出、沉鱼落雁频生。这也包括我国清华大学的南策老师,他在1993年发表的有效介质格林函数理论成为磁电耦合流派的经典道具和招牌范式,截至今天,其麾下也是粉丝者众,俗称“兰花果脯(Nan Group)”。^_^

 

Such大侠想到的是:既然磁场使磁体应变伸缩,应变伸缩可使压电体产生电场,何不将两者捏到一起,通过两者界面传递应变,这样就能够将磁场轻易地转换成电场了。这一思路可以表示为如下的简单复合乘法规则:

 

磁电耦合=(应变/磁场)*(电场/应变)=电场/磁场

 

这一规则是如此简单对称,对物理敏感者一定会感觉到舒服和快乐。根据物理学第一原理---舒服快乐的简单对称一定意味着巨大物理效应---,我们有理由预期这种磁电复合导致的磁电耦合效应一定了不起!果不其然,1980年代以来的实验研究很快就将这类体系的磁电耦合效应提升到一个不可想象的数值:在共振状态下,磁电耦合可达100V/cm Oe!这是一个什么概念呢?就是说,对一个厚度为1cm的磁电复合材料样品,我们对其施加1Oe的磁场(地球磁场~1Oe,可见这个磁场之弱),样品两端可以输出100V的开路电压。一节五号电池可以对样品轻易地施加~100Oe的磁场,就可以产生10000V的开路电压!10kV,伙计,了不得!

 

所以我常说:这类磁电复合材料的第一个应用就是用来制作警棍:开路电压很高,能量却很小很小,电击打罪犯却不会对其施加多少伤害!

 

产生这么巨大效果的材料样品结构很简单:一薄片磁体与一薄片压电体粘叠在一起就OK啦。

 

您看,多铁前辈苦苦追求的磁电之间的转换就这样被轻易地实现了,而且因为太过简单,物理学家似乎都不是很乐意染指这块土地,主要是材料工程领域、间或有一些力学领域的学者在捣鼓。像南策文这种高手涉足此地,对这块土地变得富饶是非常有利和及时的。

 

磁电复合材料的出现使得磁电能量转换和磁场探测似乎变得轻而易举了。事实上,美国人和中国人都尝试演示了室温下探测10-9Tesla磁场的原型器件,比起SQUID似乎具有一定的优势。

 

磁电复合材料的出现也促使健忘的人类暂时没有忘记多铁和磁电耦合这些名词和概念,从而给了多铁世界苟延残喘的机会,终于等到2000年高温超导王朝培养的那些精英强人们腾出手来,开始经略多铁了!

 

 

 



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