Forscher bauen Thermometer für Nanomaterialien

Forscher des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) messen die lokale Temperatur von Nanomaterialien. Wie sie im Fachmagazin Physical Review Letters erläutern, haben sie ein Instrument namens HERMES entwickelt, das rund vier Meter hoch ist und Aufnahmen liefert, die sowohl eine große räumliche Auflösung als auch eine sehr gute Detaildichte aufweisen. Damit ist es möglich, die Temperatur von Werkstoffen zu messen, die nur ein Billionstel eines Meters groß sind - das ist rund 100.000 Mal dünner als ein menschliches Haar.

HERMES ermöglicht die direkte Messung von Temperaturen auf einer Nanoebene, so Andrew Lupini von der Materials Science and Technology Division des ORNL. Das ist wichtig, um die weitere Entwicklung in verschiedenen Bereichen wie etwa mikroelektronischen Geräten, Halbleitermaterialien oder anderen Technologien voranzutreiben. Mithilfe der neuen Spezialapparatur kann man nun Vibrationen, die durch Hitze entstehen, auf einem atomaren Maßstab betrachten. Das könnte unser Verständnis vom nützlichen, aber auch ungewöhnlichen physikalischen und chemischen Verhalten drastisch verbessern, das Nanostrukturen aufweisen.

Das Wichtigste an diesem Thermometer ist, es ist keine Temperaturkalibrierung notwendig. Andere Thermometer müssen vor ihrem Gebrauch erst genau eingestellt werden. Wenn ein Hersteller beispielsweise die Temperaturskala auf einem Quecksilber-Thermometer einzeichnen will, muss er hierfür erst sagen können, wie weit sich das Quecksilber bei steigender Temperatur ausdehnt.

Um sich vorzustellen, wie HERMES genau funktioniert, muss man zunächst wissen, das Atome andauernd hin- und herschwingen. Je höher die Temperatur, desto mehr schwingen sie. Diese überwachen gewissermaßen die atomaren Vibrationen, die in einem direkten Bezug zur Temperatur des Materials stehen. Man muss dann lediglich über die Energie und die Intensität Bescheid wissen, um einen Rückschluss auf die Temperatur zu ziehen.

Entworfen und gebaut wurde HERMES in Kooperaion mit Nion, einem Hersteller von Elektronenmikroskopen und anderen elektro-optischen Instrumenten, und Protochips, einem Spezialisten für spezielle Mikroskopielösungen. Gefördert wird das Projekt unter anderem vom US-Energieministerium Department of Energy.

http://ornl.gov

http://nion.com