At bryde loven på nanoskalaen

Hver gang du ser et stykke metal, der lyser rødglødende, eller bliver gult eller hvidt, når det bliver varmere, ser du Plancks lov i aktion. Det århundrede gamle princip, som beskriver, hvordan energi udstråles fra en idealiseret ikke-reflekterende sort genstand, gælder for alt fra en støbejernsgryde til overfladen af ​​en stjerne. Men det viser sig at have et smuthul.

Tæt på Professor Gang Chen med vakuumkammeret brugt i hans forskning.

Plancks lov siger, at termisk emission af stråling ved forskellige bølgelængder følger et præcist mønster, der varierer afhængigt af objektets temperatur. Da den tyske fysiker Max Planck foreslog loven i 1900, havde han mistanke om, at den ikke ville gælde, når to objekter var meget tæt på hinanden. Men det tog indtil i år at bevise sin fornemmelse, for det er en stor udfordring at holde genstande, der lukker sig uden at lade dem røre ved dem. Nu har MIT-forskere vist, at varmeoverførslen mellem objekter med få nanometers mellemrum kan være tre størrelsesordener større, end loven ville forudsige.

Denne historie var en del af vores november 2009-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Professor i kraftteknik Gang Chen og hans team, kandidatstuderende Sheng Shen og Columbia University professor Arvind Narayanaswamy, PhD '07, beskrev, hvordan de gjorde det i et papir sidste sommer i tidsskriftet Nano Letters. Hvis vi bruger to parallelle overflader, er det meget svært at skubbe til nanometerskala, uden at nogle dele rører hinanden, forklarer Chen. I stedet brugte de en lille, rund glasperle ved siden af ​​en flad overflade. Objekterne kom tættest på at røre ved på kun ét punkt, hvilket gjorde adskillelsen meget lettere at vedligeholde. Forskerne var i stand til at teste separationer så små som 10 nanometer.

Resultaterne kan føre til nye former for fotovoltaiske enheder til at udnytte fotoner udsendt af en varmekilde, hvilket gør det muligt at høste energi fra varme, der ellers ville gå til spilde. De kunne også være nyttige i magnetiske dataoptagelsessystemer såsom computerharddiske, hvor mellemrummet mellem optagehovedet og diskoverfladen typisk er i området fra fem til seks nanometer. Hovedet har en tendens til at varme op, og forskere har ledt efter måder at håndtere varmen på eller endda udnytte den. For eksempel skal nogle optagematerialer opvarmes, normalt med en laserstråle, før deres overflader kan magnetiseres af hovedet. Hvis forskere forstår, hvordan varmeoverførsel fungerer på disse afstande, kan de måske designe en måde, hvorpå hovedet kan levere sin egen opvarmning.

Der er stadig behov for yderligere arbejde for at udforske, hvad der sker på endnu mindre afstande, siger Chen, fordi forskerne ikke ved præcis, hvor meget varme der kan spredes i tætte systemer.

skjule