液态金属液滴机的流体内生磁性和磁单极子线索

分类： 物理学 >> 电磁学、光学、声学、传热、经典力学和流体动力学 分类： 物理学 >> 交叉学科物理及相关领域的科学与技术 提交时间： 2021-09-27

Zhou, Ying-Xin Zu, Jia-Sheng Liu, Jing

摘要： 磁和磁单极子是物理学中的经典问题。传统磁体通常由刚性材料组成，在回答极端问题时可能面临挑战。这里，我们首次从不同于刚性磁体的导电性流体物质出发，提出通过调控液态金属机器来产生流态化内生磁性并由此构造磁单极子。基于理论解释和概念性实验证据，我们阐明了当溶液中的镓基液态金属在电驱动下发生旋转时，其内部会形成一个内生磁场，这很好地解释了两个这样分离的金属液滴能很容易融合在一起的实验现象，原因在于二者通过各自对应的N极和S极相互吸引。此外，我们还阐明了自驱动型液态金属机器也以一种内生流态化磁体出现且具有电磁同源性；当溶液中的液态镓吞食铝时，会形成一个旋转马达和在体动态变化的电荷分布，从而在内部产生内生磁性；这就解释了运动中的液态金属马达之间经常发生反射性碰撞和吸引性融合的现象，这两种现象分别是由于马达之间N极和S极的动态调整引起的。最后，我们设想可通过这种流态化内生磁体制造磁单极子，并提出了实现这一目标的四条技术路线：1. 匹配液态金属机器的内部流场；2. 基于外电场效应与磁场的叠加效应；3. 借助磁颗粒与液态金属马达之间的复合结构；4. 化学途径，如通过原电池反应。总的来说，本文理论和提供的实验证据揭示了液态金属机器作为流体型内生磁体的机制，并指出了实现磁单极的一些有希望的途径。在不久的将来，在此基础上建立一些非传统型磁电器件和应用是可能的。

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