Вот как Стефано Барони описывает это новое исследование, проведенное в SISSA Триеста группой под его руководством, которое только что было опубликовано в журнале Scientific Reports.Исследовательская группа сосредоточилась на изучении теплопередачи, физического механизма, с помощью которого тепло имеет тенденцию течь от более теплого тела к более холодному.
Всем знакомый этот процесс связан с рядом увлекательных научных вопросов, таких как, например, эволюция планет, которая в решающей степени зависит от процесса охлаждения внутри них. Но это также имеет решающее значение для разработки различных технологических приложений: от теплоизоляции в гражданском строительстве до охлаждения в электронных устройствах, от поддержания оптимальных рабочих температур в батареях до безопасности ядерных установок и хранения ядерных отходов.
«Изучение теплопередачи в лаборатории сложно, дорого и иногда невозможно, как в случае с планетологией. Численное моделирование, с другой стороны, позволяет нам понять, как и почему возникают такие явления, что позволяет нам точно рассчитывать физические величины, которые часто недоступны в лаборатории, тем самым раскрывая их самые глубокие механизмы », — объясняет Барони. Проблема в том, что до недавнего времени было невозможно проводить численное моделирование в этой области с помощью тех же сложных квантовых методологий, которые так успешно использовались для многих других свойств: «Уравнения, необходимые для вычисления тепловых токов на основе молекулярных свойств материалов, не были известно. Наша исследовательская группа преодолела это препятствие несколько лет назад, сформулировав новую микроскопическую теорию теплопередачи ».
Но нужно было решить еще один вопрос. Время моделирования, необходимое для описания процесса теплопередачи, в сотни раз больше, чем время, используемое в настоящее время для моделирования других свойств. И это по понятным причинам создало ряд проблем.
«С этим новым исследованием, объединяющим концепции, продемонстрированные предыдущими теориями, особенно известную как теория Грина-Кубо, с нашими знаниями в области квантового моделирования, мы поняли, как анализировать данные для устойчивого моделирования теплопроводности в с точки зрения компьютерных ресурсов и, следовательно, стоимости. И это открывает чрезвычайно важные исследовательские возможности и потенциальные приложения для этих исследований ».
С одним любопытством, которое раскрывает Барони: «Сформулированная нами методика адаптирована из методологии, используемой в совершенно разных секторах, таких как электронная инженерия, для изучения оцифровки звука, а также в количественных социальных науках и экономике для изучения динамики сложных процессов. такие как финансовые рынки, например. Интересно наблюдать, как неожиданные точки соприкосновения и взаимного обогащения могут иногда возникать между такими разными областями ».