論: 聲子 = 溫子(溫度波動)?



圖1. 聲子 數學模式


 



圖2. 聲子行為模式.



圖3. 聲子=溫度波動, 與聲音光電同樣是波動


 


論: 聲子 = 溫子(溫度波動)?


 


討論:


今日大部分的電腦使用電子Electon來攜帶資訊,
理論上的光學電腦,使用光子photons。
最近新加坡提出第三類型電腦:聲子電腦phononic computer,用聲子phonons攜帶的熱,進行運算


邏輯閘,電腦最基本元素之一,由一個或多個邏輯輸入完成邏輯運算,以產生單一邏輯輸出。


電子邏輯閘中,輸入與輸出以不同的電壓來表示。熱邏輯閘中,輸入與輸出是以不同的溫度代表。


邏輯閘的關鍵元素熱電晶體(thermal transistor去年發明),運作類似場效應電晶體如何控制電流。熱電晶體由二個終端所組成,它們弱耦合weakly coupled在一起,外加第三個控制終端。


如同其他理論性模式,使用熱浴來產生熱,是隨機的原子或分子移動,要導熱,溫度差就能導致熱傳導


在研究者的模型中,熱由晶格振動所傳導。當二個終端的振動範圍vibration spectra被結合,它們的疊加決定所謂的熱流heat current。


例如,當二個範圍疊加,熱可以輕易地在二個終端之間傳導,代表on。當振動範圍沒有重疊,只有少量的熱(或根本沒有熱)能夠通過,代表off。


負差動熱阻negative differential thermal resistance,NDTR會因為終端的界面粒子振動範圍相符/不符產生on與of」狀態,二者都很穩定,讓熱邏輯閘的運作成為可能。


這些邏輯閘功能全都只能在系統處於所謂的負或超響應super response時才能辦到,


大規模的溫度差(改變),將感應induce小熱流,這就是所謂「負差動熱阻」 NDTR 現象2006 年發現


 


熱電晶體的結合用來建造不同的熱邏輯閘,如訊號中繼器repeater,能將熱輸入數位化,當溫度高於或低於某一值輸出不是on就是off,沒中間狀況。由串接數個熱電晶體完成近乎理想中繼器。除訊號重現外,也示範 NOT 邏輯閘,能夠顛倒輸入的訊號,及用同樣的熱電晶體模型,製作出 AND/OR 邏輯閘。


當前模型只能展示熱邏輯閘的可行性,預測在奈米系統中將該裝置實驗性實現將不會太久。


另一個熱裝置,固態熱整流器solid-state thermal rectifier在 2006 年實驗成功在提出理論模型幾年後


 


聲子電腦優勢之一,是我們不需要消耗許多電力,用電子裝置或是大自然所產生多餘熱量,作些有用的工作。另一項優勢是,有一天人們能聰明地控制並使用熱,故能省下很多能源 -- 那是現今的大問題。


※ 最厲害的電腦是 DNA:


 


新聞摘要:


星科學家提聲子理論 透過溫度變化驅動電腦
 
中央社)新加坡兩位科學家提出「聲子」理論,認為可以利用晶體中的熱產生震動來傳遞資訊,讓未來的電腦不再需要電流驅動。這項新理論已在美著名學術刊物「物理評論快報」發表。


 


新加坡國立大學物理系教授李保文和王雷兩人,在「物理評論快報」(Physics Review Letters)發表的「聲子」理論,證實晶體傳遞熱的震動,可以傳播及處理資訊,這種震動被兩人稱為「聲子」。



他們兩人認為,透過這項特性,可以製造電腦所需的熱二極管、熱晶體管和熱邏輯元件。透過低溫來表達「零」、高溫表達「一」的方式來取代舊有電腦以高電壓和低電壓來表達「零」與「一」,同樣可以採溫度的變化來控制和傳遞資訊。



這項理論指出,「聲子電腦」若研製成功,驅動電腦就不需要再使用電,可改用溫度來控制與驅動電腦。而且,「聲子電腦」不會像目前使用電驅動的電腦那樣散發熱量,反而有可能從環境中吸取熱能。



兩位科學家認為,相關研究將更有效利用熱能帶來的新希望。包括按照熱二極體原理設計新的隔熱材料,可減少汽車和建築物與外在環境的熱交換,降低車內或室內的空調能源消耗,降低溫室效應等,最終可能對解決全球暖化做出貢獻。



李保文在這個領域已經從事長達十年的研究,一開始是為了解奈米結構等微世界內的熱如何傳導,最後和王雷一起提出「聲子」理論。970102

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