在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表的一篇論文中，黃吉平課題組（復旦大學物理學系）和仇成偉課題組（新加坡國立大學電子與計算機工程系）用梯度熱傳導超構裝置展示了熱捕獲效應：在純傳導且無源的情況下，熱會自發地匯聚到中心，就像黑洞一樣。其物理機制在於梯度熱導率產生的模擬平流。這些結果有利於廢熱回收和零能耗熱管理。
研究者首先通過有限元模擬等方法指出，在沒有物質移動的靜態裝置中構造熱導率梯度，可以形成模擬平流，從而引導非對稱熱擴散。對熱導率梯度進行合理設計，就可以使熱向器件中心擴散，形成類似黑洞的聚熱效果。受旋轉黑洞的啟發，他們還對梯度參數進行了旋轉變換，以演示旋轉熱捕獲。
進一步，研究者對上述設想進行了實驗驗證。他們利用熱導率不同的三種常見材料，銅、鐵、鋼，製備了兩個具有熱導率梯度的樣品，分別來展示普通熱捕獲和旋轉熱捕獲。如下圖所示，他們將這兩個樣品放入作為冷源的冰水浴中，並利用熱風槍來產生熱點，輸出恆定的初始溫度，再測量不同時間點的溫度分布。
（a）展示普通熱捕獲的樣品；（b）展示旋轉熱捕獲的樣品；（c）實驗測量裝置。
實驗測量結果顯示，在兩個樣品中，熱點分別以直線或旋轉方式，被聚集到樣品的中心位置，與設計預期相符。
旋轉熱捕獲樣品的實驗測量結果
熱平流對於非厄米和非互易物理至關重要。由於模擬平流具有與真實平流幾乎相同的溫度場效應，因此有望通過梯度熱傳導超構器件揭示非厄米和非互易現象。此外，由於模擬平流可以產生不對稱熱擴散，梯度熱傳導超構器件可用於實現廢熱回收和熱漏斗。
該研究中器件的一個顯著優勢是零能耗，因為模擬平流不需要外部驅動。這些結果還可以啟發將擴散系統（例如：熱學、粒子動力學）、波動系統（例如：光學、聲學）、宇宙系統（例如：黑洞、蟲洞）聯繫起來。
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac159
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