17/03/2015 - Siliziumoxid, ausgezeichneter Wärmestrahlungs-Emitter

Menéame

Eine neue Arbeit hat gezeigt, dass dünne Filme von Siliziumoxid, von nur ein paar Dutzend Nanometern können enorme Mengen von Wärmestrahlung wenn sie sich einer Oberfläche desselben Materials nähern.

Die Entdeckung erfolgte, wenn eine Gruppe von Wissenschaftlern eine experimentelle Technik nutzte, um die Trennung zwischen makroskopischen Objekten mit Nanogenauigkeit zu kontrollieren und gleichzeitig die Wärmeübertragung mit beispielloser Genauigkeit zu messen.

"Mit dieser Technik konnten wir untersuchen, wie ultrafeine Filme aus Siliziumoxid Wärme mit einem Bereich desselben Materials austauschen," erklärt Juan Carlos Cuevas, Forscher an der Autonomen Universität Madrid und Mitautor der Arbeit.

"Zu unserer Überraschung stellen wir fest, dass, wenn der Abstand zwischen den Objekten ein paar Dutzend Nanometer beträgt, die thermische Emission unabhängig von der Dicke der Filme ist. Das bedeutet, dass nur wenige Atomschichten von Material so viel Strahlung wie eine makroskopische Menge aus demselben Material ausstrahlen können," fügt der Forscher hinzu.

Die Entdeckung dieses Mechanismus, der sich völlig von dem in den alltäglichen Objekten unterscheidet, kann in naher Zukunft die Miniaturisierung von Geräten ermöglichen, die auf der Strahlungsübertragung (oder spontanen Wärmeübertragung) basieren.

Die Entdeckung kann auch für die Verbesserung von Technologien wie der Kühlung elektronischer Geräte, der thermischen Lithographie, der wärmeunterstützten Magnetgravur oder für die Schaffung einer neuen Generation von thermo-fotovoltaischen Zellen mit höherer Effizienz von grundlegender Bedeutung sein.

Nanometrische thermische Strahlung

Alle Objekte tauschen Energie mit ihrer Umgebung durch die Emission von thermischer Strahlung. Dieses universelle Phänomen erklärt zum Beispiel, daß die Sonne uns Energie gibt oder daß ein warmer Körper kalt wird.

Das Studium dieses Phänomens hat eine wichtige Rolle in der Geschichte der Wissenschaft gespielt, und sein Verständnis zu Beginn des letzten Jahrhunderts war entscheidend für die Entwicklung der Quantenphysik

Die Miniaturisierung elektronischer Geräte und der wachsende Bedarf an Wärmeisolierung bei niedrigen Temperaturen haben in den letzten Jahrzehnten die Herausforderung aufgeworfen, besser zu wissen, wie dieser Austausch von Strahlung zwischen Objekten stattfindet, die durch Entfernungen unterhalb eines Mikros voneinander getrennt sind.

Wie die Autoren der Arbeit erklären, ist die Tatsache, dass in den Schichten von Siliziumoxid die thermische Emission unabhängig von der Dicke der Schichten ist, darauf zurückzuführen, dass die Wärmeemission durch elektromagnetische Wellen auf der Oberfläche dieser Materialien erzeugt wird.

Die Arbeit wurde in Nature Nanotechnology von Ingenieuren an der Universität Michigan und Physikern des Forschungszentrums für Physik der Condensada Materie (IFIMAC) der Autonomen Universität Madrid veröffentlicht.

Bibliographische Referenz:

Enhancement of near-field radiative heat transfer using polar dielectric thin films.Bai Song, Yashar Ganjeh, Seid Sadat, Dakotah Thompson, Anthony Fiorino, Víctor Fernández-Hurtado, Johannes Feist, Francisco J. Garcia-Vidal, Juan Carlos Cuevas, Pramod Reddy, Edgar Meyhofer. Nature Nanotechnology 10, 253–258 (2015) doi:10.1038/nnano.2015.6.

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Autonome Universität Madrid

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