Wissenschaftler beobachten, wie sich Hitze mit Schallgeschwindigkeit bewegt
Der sogenannte „zweite Schall“, ein seltenes Phänomen, das nur bei einer Handvoll Materialien unter niedrigen Temperaturen auftritt, wurde in „warmem“ Graphit entdeckt – ein Effekt, der die zukünftige Mikroelektronik unterstützen könnte. Shannon Hall beschrieb am 22.03.2019 auf Scientific American das ursprünglich von Jennifer Chu auf der Webseite des Massachusetts Institute of Technology (MIT) am 14.03.2019 publizierte Phänomen. (Jeweils gekürzte Übersetzungen von Solarify).
Bleistiftspitzen – Graphit – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Ryan Duncan erstarrte. Er hatte gerade ein Experiment an gewöhnlichem Graphit – dem Material der Bleistiftmine – durchgeführt, aber die Ergebnisse schienen physikalisch unmöglich: Die Wärme, die sich normalerweise langsam verteilt, war mit Schallgeschwindigkeit durch den Graphit geflossen, etwa so, als würde man einen Topf Wasser auf einen heißen Ofen stellen und fast sofort beim Kochen zusehen, anstatt die langen Minuten herunter zählen, bis das Wasser kocht .
„Zweiter Schall“
Kein Wunder traute Duncan, Doktorand am Massachusetts Institute of Technology, seinen Augen nicht. Um sicherzustellen, dass er keinen Fehler gemacht hatte, überprüfte er alles in seinem Versuchsaufbau, führte das Experiment erneut durch und machte eine psychologische Pause. „Ich versuchte, etwas zu schlafen, weil ich wusste, dass ich nicht mehr sagen konnte, ob das Experiment erfolgreich war oder nicht, aber ich fand es ziemlich schwierig, für die Nacht abzuschalten“, erinnert er sich. Als Duncans Wecker am nächsten Morgen ertönte, rannte er noch im Pyjama zu seinem Computer und startete die neuen Messungen, mit dem gleichen Ergebnis: Die Hitze hatte sich immer noch unglaublich schnell bewegt.
Duncan und seine Kollegen veröffentlichten ihre Ergebnisse am 14.03.2019 in Science. Das Phänomen, „zweiter Schall“ genannt (und seit 75 Jahren bei ganz wenigen Substanzen bekannt, s.u.), versetzte die Physiker in einen euphorischen Zustand – zum Teil, weil es den Weg für eine fortschrittliche Mikroelektronik ebnen könnte, aber vor allem, weil es zutiefst verwirrend war. Der Science-Artikel deutet darauf hin, dass Graphit und vielleicht sein leistungsstarker Verwandter, Graphen, die Wärme in mikroelektronischen Vorrichtungen auf eine bisher unerkannte Weise effizient ableiten können.
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