熱可以穿隧過奈米級的真空間隙 醫療疾病大突破

熱可以透過傳導(conduction)、對流(convection)及輻射(radiation)等三種機制來傳遞，其中熱的傳導通常被認為只有當兩個物體接觸時才會發生，過程是靠量子化的分子震動，即「聲子」(phonon)，由較熱的物體轉移至較冷的物體，而真空對聲子而言是禁制區域 (forbidden zone)。

不過最近美國空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory)的Igor Altfeder等人發現，「熱」可以穿隧過奈米級的真空間隙，此即「聲子穿隧」(phonon tunneling)。

Altfeder的團隊測量由掃描穿隧式顯微鏡(STM)的鉑銥探針尖與金表面之間的熱流，針尖與金表面隔著0.3 nm的真空間隙，探針維持在室溫，金表面溫度則為90、150或210K。研究人員在針尖與金表面之間施加一外加偏壓，並量測通過探針流至表面的電流，由於該電流大小與兩種材料的熱振動直接相關，故量測電流便可計算推知探針尖端的溫度。

該團隊發現傳過真空縫隙的能量高達普朗克輻射的1010倍，這意味的熱能並非透過一般輻射方式傳遞，而是針尖的原子透過在金材料內製造聲子的方式，將熱能快速傳出去。

AFRL團隊表示，聲子穿隧的機制是由於兩物體間的電場造成的，而該電場則源於探針與樣品的功函數不同，導致探針尖端與其在樣品內的「鏡像電荷」(image charge)產生一致的的振動，換言之，探針尖端電場使得金表面的電荷一同震盪。

稍早芬蘭VTT科技研究中心的Mika Prunnila與Johanna Meltaus曾以理論預測壓電材料間的聲子穿隧，而Altfeder團隊的發現提供了有力的佐證。這項發現或許可以在奈米電子領域找到應用，或者用來發展由溫度梯度擷取能量的元件。