毫米是纳米的多少倍

最近，密歇根大学和威廉玛丽学院的研究团队发现了一种现象，即在两个纳米级物体间传递的热量比传统辐射理论预测的要高出100倍，即便这两个物体间的距离超出了纳米尺度。这项重要研究成果已在《自然》杂志上发布。此发现可能对太阳能电池、热流单向阀材料，乃至基于热量的计算平台产生重要影响。

自从马克斯普朗克于1900年提出辐射理论，为量子力学奠定基础以来，该理论经过一个世纪的发展已经相当成熟。五年前，在密歇根大学的Pramod Reddy实验室中，一个微型结构却产生了超乎想象的热流现象。

文章的第一作者Dakotah Thompson当时还是一名研究生，他提到：“很长一段时间内，我们都无法解释这一现象。基于普朗克理论的计算似乎无法解释我们所观察到的现象。”甚至密歇根大学的Edgar Meyhofer教授，一度怀疑是学生的计算错误，但实验数据确实表明存在异常。于是，Thompson开始着手探究背后的原因。

在两个物体之间，热流的速度有一个极限，这个极限与物体的大小、接触面、温度及间距等因素有关。热以电磁波的形式在物体间传播，例如线辐射和可见光。Reddy和Meyhofer领导的一项先前研究表明，纳米尺度间隙（小于辐射主要波长）隔开的物体间热量的传播速度可能是预期的1万倍，但在较大的间隔下，这种机制失效了。受导师的指导，Thompson设计了一系列实验来探索这一独特现象。

在一系列精密的实验中，Thompson使用了形状类似于普通卡片但尺寸缩小一千倍的半导体板对。这些矩形板的厚度在0.01毫米至270纳米之间，被悬挂在比人类头发还细100倍的窄梁上。当这些结构的尺寸极薄，约为绿光波长的一半时，它们的边缘释放和吸收的热量比预期要多。

博士后Linxiao Zhu根据这些实验结果建立了详细的数学模型，揭示了控制这两个薄板间传热的物理机制。最终的研究结果表明，热流的增强是由于波在极薄的板中的特殊运动方式。热量会从边缘，因为波与板的长尺寸方向平行传递，导致了热流的显著增加。

尽管这种效应在微尺度和小尺度上最为显著，但随着纳米技术的不断发展，我们可能会看到这种新型热管理技术在设备上的应用。例如，以类似电子管理技术的方式控制热流，为下一代计算机和二极管的制造提供新的思路，如热晶体管的制造。

Reddy提醒说，基于热量的计算设备可能比电子设备更慢更大，但在某些特定情境下，如高温环境中，这种设备可能会更有优势。