《自然》：特斯拉閥量子世界突破，“無用發明”竟越來越重要？

你知道特斯拉閥嗎？被譽爲最接近神的男人尼古拉·特斯拉100年前發明它的時候，連自己可能都覺得有些雞肋，沒有什麼用處。然而現代社會，特斯拉閥已經越來越顯示它的價值，最近東京大學團隊甚至讓它進入了微觀領域，用於微米及納米級設備，可能顛覆我們對熱量管理的認知。這項研究已發表在10月16日《自然》雜誌上。

特斯拉閥的原理很簡單：它是一種沒有任何活動部件的結構，設計巧妙，能夠讓流體在一個方向流動順暢，反過來則備受阻力。聽起來是不是很有用？但在特斯拉那個年代，工業界更依賴於傳統的機械閥門，誰也想不出它有什麼實際的應用。特斯拉申請專利的時候也不曾強烈推銷其價值，彷彿這只是他的一個“小玩意”。

日本東京大學工業科學研究所黃鑫和野村正宏領導的團隊，最近從特斯拉閥的設計中獲得靈感，開發出了一種微型的“熱閥”裝置。這個熱閥能夠通過控制石墨晶體中的聲子流動，實現熱量的單向傳導，從而避免熱量堆積在設備的關鍵部位。這種技術的關鍵就在於他們使用了與流體力學類似的方式來控制熱流，而這種方式曾在特斯拉閥中得到了最初的展現。

要理解這項技術的核心，我們得先了解一個概念：聲子。簡單來說，聲子是晶體內部原子或分子的集體振動，可以看作是熱量在晶體中的“搬運工”。東京大學的研究人員發現，聲子的運動和流體的流動其實有很大的相似之處，就像水流會受特斯拉閥的影響一樣，聲子也能通過類似的機制被引導。

他們在石墨晶體中設計出了一種類似特斯拉閥的微型結構，成功控制了熱量的流向。這種“熱流閥門”在特定溫度下能夠有效阻止熱量倒流，使得設備能夠在需要的地方快速散熱，而在不需要的地方，則可以避免熱量積聚。

這項突破意味着什麼？雖然目前這種技術還只能在低溫環境下有效運作，但科學家們相信，未來有可能將這一技術推廣到更高溫度，甚至是室溫環境。這意味着，我們有望看到更多的電子設備——從手機、電腦到LED燈等，都可能有無數的微型特斯拉閥來更高效地管理熱量，延長壽命、提升性能。

從100多年前的“無用發明”，到如今的科技新寵，特斯拉閥的逆襲告訴我們：有些技術的價值，或許並不是當下能夠體現的，但一旦時機成熟，它們可能會帶來革命性的改變。

參考文獻：

Huang, X., Anufriev, R., Jalabert, L. et al. A graphite thermal Tesla valve driven by hydrodynamic phonon transport . Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08052-1