Experiment bestätigt unerklärlich hohe Wärmeübertragung
Bei der Messung fährt eine dünne Messpitze aus Gold über die Oberfläche. Sie misst mithilfe des Abstands und des entstehenden Tunnelstroms die Wärmeübertragung zwischen der kalten Goldoberfläche und der warmen Goldspitze. Im aktuellen Experiment setzten die Physiker statt der feinen Spitze eine goldüberzogene Kugel als Messsonde ein. Dies verringerte zwar die räumliche Auflösung, erhöhte aber die Präzision der Wärmemessungen, wie sie erklären.
Das Resultat der Messungen: Die Messwerte (schwarz) für die Wärmeübertragung liegen bei geringen Abständen deutlich über dem theoretisch Erwarteten (rot). © Geesmann et al./ Physical Review Letters, CC-by 4.0
Das Experiment ergab: Bis hinunter zu Abständen von rund 18 Nanometern zeigen die Messwerte eine perfekte Übereinstimmung mit den Theorien. Bei noch kleinerem Abstand gilt dies jedoch nicht mehr. Unterhalb von 18 Nanometer Abstand ermittelten die Physiker eine Wärmeübertragung, die um das Hundertfache über den erwarteten Werten lag. „Dieser starke Wärmefluss bleibt auch dann erhalten, wenn Oberfläche und Messsonde mit Argon-Ionen gereinigt werden“, betonen Geesmann und seine Kollegen.
Noch keine physikalische Erklärung
Nach Ansicht der Forschenden bestätigt dies die früheren Messungen und schließt Messfehler weitgehend aus. Stattdessen muss es sich um einen noch unbekannten physikalischen Effekt handeln. Dieser führt offenbar dazu, dass die Wärmeübertragung im Nanobereich größer ist als erwartet. „Unsere Resultate und die von früheren Experimenten zeigen eine Wärmeübertragung im extremen Nahfeldbereich, die durch existierende Modelle für das Tunneln von Phononen oder Elektronen nicht quantitativ beschreibbar ist“, so die Physiker.
Weitere Experimente, aber auch theoretische Studien sind nun nötig, um eine Erklärung für diesen unerwarteten Effekt zu finden. (Physical Review Letters, 2025; doi: 10.1103/lcz1-f5v9)
Quelle: Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg
20. Oktober 2025
– Nadja Podbregar