Nanometre ölçeğindeki ısı transferi teorileri 100 kat çürütüyor.

Enerji

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 05/11/2025

Termal kamera, karmaşık bir test tesisinin içinde bulunan bir vakum odasına gizlenmiştir. [Görsel: Matthias Knust/Oldenburg Üniversitesi]

Isı devrimi

Uzun zamandır yerleşik bir bilgi alanı olarak kabul edilen ısı bilimi , ısının dalga halinde hareket etmesinden , viskoz ısıya ve ısı transferini yöneten 200 yıllık yasanın istisnasına, ısının teorik sınırları çok aşan bir şekilde elektriğe dönüştürülmesine doğru bir devrim yaşıyor.

Ve Almanya'daki Oldenburg Üniversitesi'nden Fridolin Geesmann ve meslektaşlarının da gösterdiği gibi, bilim insanlarını bekleyen daha pek çok sıcak gizem var gibi görünüyor.

Yeni bulguya göre, bir nesneyi diğerinden sadece birkaç nanometre uzağa koyduğunuzda, aralarındaki ısı akışı, fizik teorisinin öngördüğünden çok daha fazla, 100 kat daha fazla oluyor.

Deneyin genel sonucu, "aşırı yakın alan rejimi"ndeki radyasyon ısısı değerlerinin teorik tahminlerden önemli ölçüde yüksek olduğudur, ancak bu olgunun altında yatan neden henüz açıklanmamıştır.

Sonuçlar hakkında herhangi bir şüpheye yer vermeyecek şekilde tasarlanmış deneysel cihazın şeması. [Görsel: Fridolin Geesmann ve ark. - 10.1103/lcz1-f5v9]

Bir Ferrari'yi traktöre dönüştürmek

Fizikçiler Max Planck (1858-1947) ve Gustav Kirchhoff (1824-1887) tarafından formüle edilen radyasyon yasaları, iki cisim arasındaki ısının termal radyasyon yoluyla transferini açıklar. Planck'ın temel formülleri, bir cismin ısı olarak yayabileceği maksimum enerji miktarını hesaplamak için kullanılabilir.

Bilim insanları, bu sınırın artık on mikrometreden daha kısa mesafelere karşılık gelen yakın alan bölgesi için geçerli olmadığını bir süredir biliyorlardı. Bu mesafelerde, bir cisimden diğerine ısı akışı, Planck yasasının öngördüğü değeri binde bir oranında aşabilir. Ancak şimdi bu tutarsızlığın daha da ileri gittiği ve iki kat daha büyüklüğe ulaştığı keşfedildi.

Bu yeni deneyde, araştırmacılar, radyatif ısı transferinin yakın alandan aşırı yakın alana geçişini çeşitli mesafelerde yüksek hassasiyetle incelemek için ölçüm düzeneklerini değiştirdiler. Karışıklığı önlemek için aldıkları çeşitli önlemler arasında, son derece temiz numuneler ve termal mikroskop için prob ucu olarak bir küre kullandılar. Bu, ısı transferinin yanal çözünürlüğünü önemli ölçüde azaltsa da, daha önce mümkün olandan çok daha uzak mesafelerde çok daha hassas ölçümler yapılmasına olanak sağladı.

Profesör Achim Kittel, "Biz aslında bir Ferrari'yi bir traktöre dönüştürdük, ancak bunu yaparken yakın alan ile aşırı yakın alan rejimi arasındaki geçiş rejiminde ısı transferi ölçümlerinin doğruluğunu artırdık" diye konuştu.

Yakın alan taramalı termal mikroskop, ölçüm probu ile yalnızca birkaç moleküler çapla ayrılmış bir numune arasındaki ısı akışını olağanüstü bir hassasiyetle belirleyebilmektedir. [Görsel: Matthias Knust/Oldenburg Üniversitesi]

Açıklamalar ve anında kullanımlar aranıyor

Deney, aşırı yakın alandaki ısı transferinin öngörülen değerlere kıyasla yüz kat arttığını gösterdi. Ekip, ölçüm belirsizliğini ortadan kaldırdıklarından emin; çünkü bu, mevcut teorik modellerle açıklanamayan bir etki.

Kittel, "Bu, şüphesiz büyük önem taşıyor, çünkü bu sonuç nanometre aralığındaki ısı transferine ilişkin mevcut anlayışımızı sorgulatıyor" dedi ve artık bu olguya bir açıklama getirilmesi gerektiğini ekledi.

Ancak açıklamalar zaman alsa bile, bu keşif nanoelektronik veya nano-optik gibi nesnelere dokunmadan hızlı bir şekilde ısıtmanın veya soğutmanın gerekli olduğu alanlarda nanosistemlerin daha iyi sıcaklık kontrolüne olanak sağlamalıdır; örneğin, yüksek hassasiyetli lazer deneylerinde kullanılan aynalar.

Diğer haberler:

Daha fazla konu