Forscher bauen Thermometer für Nanomaterialien
"HERMES" soll Entwicklung in verschiedenen Bereichen vorantreiben
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Im Labor: die Forscher mit ihrem "HERMES" (Foto: ornl.gov, Jason Richards) |
Oak Ridge (pte003/15.03.2018/06:10) Forscher des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) http://ornl.gov 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.
Vibrationen beobachten
"HERMES ermöglicht uns die direkte Messung von Temperaturen auf einer Nanoebene", erklärt Andrew Lupini von der Materials Science and Technology Division des ORNL. Das sei wichtig, um den die weitere Entwicklung in verschiedenen Bereichen wie etwa mikroelektronischen Geräten, Halbleitermaterialien oder anderen Technologien voranzutreiben. Mithilfe der neuen Spezialapparatur könne 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", so Lupini.
"Das Wichtigste an diesem 'Thermometer', das wir entwickelt haben, ist, dass keine Temperaturkalibrierung notwendig ist", betont Projektpartner Juan Carlos Idrobo vom Center for Nanophase Materials Science des ORNL. Andere Thermometer müsse man nämlich vor ihrem Gebrauch erst genau einstellen. "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", erläutert der Experte.
Stark wackelnde Atome
Um sich vorzustellen, wie HERMES genau funktioniert, muss man zunächst wissen, das Atome andauernd hin- und herwackeln. "Je höher die Temperatur, desto mehr wackeln sie", schildern die Forscher. 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", stellen Lupini und Idrobo klar.
Entworfen und gebaut wurde HERMES in Kooperaion mit Nion http://nion.com , 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://energy.gov .
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