Μοναδικό βίντεο δείχνει τη θερμότητα να εξαπλώνεται μέσα σε υλικά

Χρησιμοποιώντας μια τεχνική που καταγράφει τρισεκατομμύρια «καρέ» ανά δευτερόλεπτο, ερευνητές στις ΗΠΑ κατάφεραν για πρώτη φορά να απαθανατίσουν τη θερμότητα να διαδίδεται μέσα σε υλικά σαν κύμα που ταξιδεύει με την ταχύτητα του ήχου.

Η μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Nature Communications, θα μπορούσε δυνητικά να βοηθήσει στην αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας σε μια πληθώρα εφαρμογών, από τα κινητά τηλέφωνα μέχρι τα δίκτυα ηλεκτροδότησης αλλά και τις μεταφορές -στις οποίες περίπου το 70% της χημικής ενέργειας που περιέχει η βενζίνη χάνεται υπό τη μορφή άχρηστης θερμότητας.

Μέχρι σήμερα, όμως, η μεταφορά θερμότητας διά μέσου υλικών δεν είχε καταγραφεί σε κλίμακα νανομέτρων, επισημαίνουν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Μινεσότα.

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε εξαιρετικά σύντομους παλμούς φωτός λέιζερ για να θερμάνει απότομα την επιφάνεια υλικών από βολφράμιο και γερμάνιο. Κατέγραψε στη συνέχεια τη διάδοση της θερμότητας με ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που καταγράφει «καρέ» διάρκειας μερικών εκατοντάδων femtosecond, ή εκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Το εντυπωσιακό βίντεο δείχνει τη θερμότητα να διαδίδεται όπως τα κύματα που εξαπλώνονται στην επιφάνεια μιας λίμνης όταν κανείς πετάξει ένα βότσαλο. Τα κύματα ενέργειας, γνωστά ως φωνόνια, εξαπλώνονται μέσα στο υλικό με ταχύτητα 6 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, περίπου όσο η ταχύτητα διάδοσης του ήχου μέσα σε αυτά τα στερεά υλικά.

«Με το που είδαμε τα βίντεο καταλάβαμε ότι πρόκειται για άκρως συναρπαστική παρατήρηση» λέει ο Ντέιβιντ Φλάνιγκαν, επικεφαλής της μελέτης. «Το να βλέπουμε αυτή τη διαδικασία σε νανοκλίμακα είναι ένα όνειρο που έγινε πραγματικότητα» περηφανεύεται.

«Σε πολλές εφαρμογές», εξηγεί, «επιστήμονες και μηχανικοί θέλουν να καταλάβουν την κίνηση της θερμικής ενέργειας, να την ελέγξουν, να τη συλλέξουν και να την αξιοποιήσουν για την παραγωγή έργου, ή να την απομακρύνουν από ευαίσθητα εξαρτήματα».

«Το να μπορούμε κυριολεκτικά να βλέπουμε αυτή τη διαδικασία μας βοηθά σημαντικά στο να την κατανοήσουμε».

Newsroom ΑΛΤΕΡ ΕΓΚΟ