Написано AZoNano [19454500] 2020

Исследователи из проекта ERATO Saitoh Spin Quantum в программах стратегических базовых исследований JST выяснили механизм гидродинамической генерации энергии с использованием спиновых токов (1) в каналах микрометрического масштаба, обнаружив, что эффективность генерации энергии резко возрастает так как размер потока уменьшается.

В микроканале поток принимает состояние, называемое ламинарным потоком (2), когда движение микровихревой жидкости подобно широко и плавно распределяется по каналу. Это приводит к свойствам, более подходящим для миниатюризации, и повышению эффективности выработки электроэнергии.

Руководитель группы Мамору Мацуо и др. В 2017 году предсказали основную теорию генерации энергии с использованием спиновых токов, и в этом настоящем исследовании ученые экспериментально демонстрируют явление генерации жидкости в области ламинарного потока. В результате экспериментов они подтверждают, что в области ламинарного потока эффективность преобразования энергии была увеличена примерно в 100 000 раз.

Характеристики явления генерации мощности спиновой жидкости в ламинарных потоках, которые они выясняют в этом исследовании, состоят в том, что электродвижущая сила, пропорциональная скорости потока, может быть, и что эффективность преобразования увеличивается с уменьшением размера потока.

Кроме того, в то время как гидроэнергетическое производство (также известное как гидравлическое производство энергии) и магнитогидродинамическое производство энергии (3) требуют дополнительного оборудования, такого как турбины и катушки, явление в исследовании почти не требует дополнительного оборудования, как внутри, так и снаружи. канал потока.

Из-за этих характеристик можно надеяться на применение в нанофлюидных устройствах на основе спинтроники, таких как механизмы охлаждения потока жидкого металла в быстрых реакторах-размножителях или полупроводниковых устройствах, а также в применении к расходомерам, которые электрически измеряют микропотоки.

(1) Спиновый ток

Поток спинового момента импульса. Например, электроны имеют заряд (электрическая степень свободы) и спиновый угловой момент (магнитная степень свободы), где поток первого называется электрическим током, а поток второго называется спиновым током.

(2) Ламинарный поток

Поток в канале характеризуется, прежде всего, скоростью потока, размером и вязкостью. В низкоскоростном потоке в канале небольшого размера доминирует вязкость, и жидкость будет течь регулярно и слоями вдоль оси канала. Это называется ламинарным потоком.

(3) Магнитогидродинамическая генерация энергии

Когда заряженная частица движется в магнитном поле, она подвергается воздействию силы (силы Лоренца), которая перпендикулярна как направлению движения частицы, так и направлению магнитного поля. Частицы с зарядами одинаковой полярности (положительной или отрицательной) подвергаются воздействию силы в одном и том же направлении и движутся в одном направлении.

В результате электрический заряд накапливается в месте назначения движения частиц. Магнитогидродинамическая генерация энергии – это метод генерации энергии, в котором используется разность потенциалов (электродвижущая сила), создаваемая этим накоплением.

Это исследование было проведено в рамках проекта ERATO Saitoh Spin Quantum по ректификации стратегических программ фундаментальных исследований JST. Участниками проекта являются: директор по исследованиям, Эйдзи Сайто (профессор Токийского университета), руководитель группы, Садамичи Маекава (старший научный сотрудник RIKEN), руководитель группы, Мамору Мацуо (бывший заместитель главного исследователя Японского агентства по атомной энергии). В настоящее время является доцентом в Университете Академии наук Китая, вице-лидером группы, Хироюки Чудо (заместитель главного исследователя в Агентстве по атомной энергии Японии), Сторонником исследований, Рё Такахаши (бывший научный сотрудник в Агентстве по атомной энергии Японии, в настоящее время ассистент) профессор Университета Очаномидзу).

Источник: https://www.jst.go.jp/EN/