OLDENBURG / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein unerwarteter Wärmeüberschuss im Nanomaßstab stellt Physiker vor ein Rätsel. Neue Experimente zeigen, dass bei Abständen von weniger als 18 Nanometern die Wärmeübertragung um das Hundertfache höher ist als theoretisch erwartet. Diese Entdeckung könnte zu einem neuen Verständnis der Wärmeübertragung auf atomarer Ebene führen.
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Die Entdeckung eines unerklärlichen Wärmeüberschusses im Nanomaßstab hat die Physikgemeinschaft in Aufruhr versetzt. Forscher der Universität Oldenburg haben in einem Experiment festgestellt, dass Atome, die weniger als 18 Nanometer voneinander entfernt sind, 100-mal mehr Wärme austauschen als bisher angenommen. Diese Ergebnisse widersprechen den etablierten Theorien zur Wärmeübertragung und stellen die Wissenschaftler vor neue Herausforderungen.
Bereits seit den frühen 2000er Jahren ist bekannt, dass die Wärmeübertragung bei Abständen von weniger als zehn Mikrometern die von Max Planck im Jahr 1900 festgelegten Grenzen überschreiten kann. Doch während diese Phänomene gut erklärt werden können, bleibt der extreme Nahfeldbereich von wenigen Nanometern ein Rätsel. Die Experimente von 2017 deuteten bereits auf eine drastische Zunahme der Wärmeübertragung hin, doch die Ergebnisse waren umstritten.
Um die bisherigen Messungen zu überprüfen, entwickelten die Forscher um Fridolin Geesmann ein neues Experiment. Sie nutzten eine speziell präparierte Goldoberfläche und ein Nahfeld-Rasterwärmemikroskop, um die Wärmeübertragung zu messen. Dabei zeigte sich, dass die Messwerte bis zu einem Abstand von 18 Nanometern mit den Theorien übereinstimmen. Bei noch kleineren Abständen jedoch stieg die Wärmeübertragung drastisch an.
Die Forscher vermuten, dass ein bisher unbekannter physikalischer Effekt für diesen starken Wärmefluss verantwortlich ist. Weder die Modelle für das Tunneln von Phononen noch die von Elektronen können diesen Effekt quantitativ beschreiben. Weitere Experimente und theoretische Studien sind nun notwendig, um dieses Phänomen zu verstehen und möglicherweise neue Wege in der Nanotechnologie zu eröffnen.
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