《自然》：特斯拉阀量子世界突破，“无用发明”竟越来越重要？

你知道特斯拉阀吗？被誉为最接近神的男人尼古拉·特斯拉100年前发明它的时候，连自己可能都觉得有些鸡肋，没有什么用处。然而现代社会，特斯拉阀已经越来越显示它的价值，最近东京大学团队甚至让它进入了微观领域，用于微米及纳米级设备，可能颠覆我们对热量管理的认知。这项研究已发表在10月16日《自然》杂志上。

特斯拉阀的原理很简单：它是一种没有任何活动部件的结构，设计巧妙，能够让流体在一个方向流动顺畅，反过来则备受阻力。听起来是不是很有用？但在特斯拉那个年代，工业界更依赖于传统的机械阀门，谁也想不出它有什么实际的应用。特斯拉申请专利的时候也不曾强烈推销其价值，仿佛这只是他的一个“小玩意”。

日本东京大学工业科学研究所黄鑫和野村正宏领导的团队，最近从特斯拉阀的设计中获得灵感，开发出了一种微型的“热阀”装置。这个热阀能够通过控制石墨晶体中的声子流动，实现热量的单向传导，从而避免热量堆积在设备的关键部位。这种技术的关键就在于他们使用了与流体力学类似的方式来控制热流，而这种方式曾在特斯拉阀中得到了最初的展现。

要理解这项技术的核心，我们得先了解一个概念：声子。简单来说，声子是晶体内部原子或分子的集体振动，可以看作是热量在晶体中的“搬运工”。东京大学的研究人员发现，声子的运动和流体的流动其实有很大的相似之处，就像水流会受特斯拉阀的影响一样，声子也能通过类似的机制被引导。

他们在石墨晶体中设计出了一种类似特斯拉阀的微型结构，成功控制了热量的流向。这种“热流阀门”在特定温度下能够有效阻止热量倒流，使得设备能够在需要的地方快速散热，而在不需要的地方，则可以避免热量积聚。

这项突破意味着什么？虽然目前这种技术还只能在低温环境下有效运作，但科学家们相信，未来有可能将这一技术推广到更高温度，甚至是室温环境。这意味着，我们有望看到更多的电子设备——从手机、电脑到LED灯等，都可能有无数的微型特斯拉阀来更高效地管理热量，延长寿命、提升性能。

从100多年前的“无用发明”，到如今的科技新宠，特斯拉阀的逆袭告诉我们：有些技术的价值，或许并不是当下能够体现的，但一旦时机成熟，它们可能会带来革命性的改变。

参考文献：

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