声波是靠气体、液体和固体原子的周期性振动来传递。当我们彼此对话时，说话者的声带会振动，同时也导致他肺部呼出的气流也发生振动。声波由此产生，随后声音通过空气传播，直到它们撞击听者的耳膜并带动它一起振动才停止。通过感知这些振动，听者可以在大脑中重塑说话者的言语。
声音受它传播的环境和它的频率影响。我们设计乐器是为了控制乐器所能产生的声波。而且，我们知道自然界中存在人耳听觉感知范围之外的声波，比如狗哨产生的声波。物理学家对人耳听觉范围内外的声波都有所研究，所以说关于声波有趣的特性也得以发现。
一百多年前，物理学家认识到热量就是储存于原子中的振动能，并因此认为热量与声波是相关的。现在，我的实验室首次通过实验证明了这些原子振动同时也具有磁力特性。
开始认识声音
在20世纪30年代，物理学家开始建立粒子模型来解释原子振动。这就类似于我们把光的波粒二象性的概念称为光子。根据希腊语中的“声音”单词，物理学家把声波粒子称为“声子”（phonons）。
目前物理学家认为声子是准粒子（quasi-particles），具有波粒二象性。声子能传递声音与热量。在金属中，热量主要靠原子中自由电子的运动来传递。然而在所有其他的材料中，热量几乎只靠声子来传递。
所以说声波的力学、声学和热学属性早已被研究清楚了。但是此前没人想象过声波也有可能具有磁力特性。
热量、声波...还有磁力？
在3月23号出版的Nature Materials杂志中，我们提供了声波确实会与外磁场发生相互作用的实验证据。
这个实验在锑化铟这种非常纯净的半导体制成的一块巨大单晶体上进行，晶体被切割成两个大小不同的截面，然后被冷却到零下445华氏度（零下265摄氏度）。每个截面独立流动着大小经过控制的热量，在这种温度之下，可认为声子是独立的粒子，就像是跑道上的赛跑选手每个都携带着一定的热量。
在较小的截面中，声子会常常撞入边界，这降低了它们的速度。较小的截面上的实验数据会被用作参考，以控制实验中的变量避免其他的固体属性会干扰实验。较大截面中声子可以运动得更快，声子之间相互碰撞的次数要多于它们碰撞边界的次数。当我们加入磁场时，声子会更加频繁地相互碰撞。因为外加磁场增加了碰撞的次数，这也使声子变慢，所携带的热量也降低了12%。
我们认为，这个现象原因在于围绕固体原子在核外轨道旋转运动的自由电子。这些电子的轨道运用产生了一个很小的固有磁场，它与外加磁场产生相互作用——也就是抗磁现象（diamagnetism）。这种性质甚至存在于一些我们传统意义上认为不具磁性的物质，例如玻璃、石头或塑料。当声子经过原子并使之振动时，这种相互作用对原子产生了一种力，它使声子彼此碰撞得更为频繁。
我们能怎样利用这些成果呢？
目前为止，我们刚刚阐述了一种全新的设想，一种此前从未被考虑过的想法。工程师也许可以利用这个设想，通过磁力来控制热量和声波。使用多声源可以有效地引导声波的传播，正如在超声波成像系统中的应用，但控制热量的传导就难得多了。
90%以上人类所使用的能量是通过热能转化为电能或机械能的方式来产生供应的，正如引擎和发电厂中的实践那样。因此，能够人为控制热量的传导可能会对能源产业产生巨大的影响，尽管很明显，这个新兴设想的具体应用在未来还需要很长时间才能够实现。
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（翻译：张辉程；审校：戴晨）
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