Beim Erwärmen eines Kristalls des Minerals Fresnoit entdeckten Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory, dass Erregungen, die als Phasonen bezeichnet werden, Wärme dreimal weiter und schneller transportieren als Phononen, die Erregungen, die normalerweise Wärme durch ein Material transportieren.
„Neutronen waren ideal, um diese Quellen des Wärmetransports zu erforschen, weil sie sowohl mit Phasonen als auch mit Phononen interagieren“, sagte Michael Manley, der die Studie zusammen mit Raphael Hermann leitete.
In den meisten Kristallen breiten Atomschwingungen angeregte Wellen als Phononen durch das Gitter aus. In bestimmten Kristallen breiten sich jedoch auch atomare Umlagerungen angeregter Wellen als Phasonen aus. Da sich Phasons schneller bewegen können als Schall, erwarteten die Physiker, dass sie bei der Bewegung von Wärme hervorragend sein würden.
Das Team kartierte Wege von Phasonen und Phononen und charakterisierte ihre Schwingungen an der Spallations-Neutronenquelle des ORNL und maß den Wärmetransport durch das Gitter in einem Labor der Abteilung für Materialwissenschaft und -technologie.
„Wir haben beobachtet, wie Phasonen Wärme durch den Kristall transportierten, indem wir die experimentelle Auflösung verbesserten, wie beim Übergang vom Hubble zum James Webb-Weltraumteleskop“, sagte Hermann und bezog sich auf ikonische Teleskope, die im Abstand von drei Jahrzehnten gestartet wurden.
Die Ergebnisse können Theoretikern dabei helfen, die Genauigkeit von Wärmetransportsimulationen von Energiematerialien zu verbessern.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung.
Mehr Informationen:
ME Manley et al, Phason-dominierter thermischer Transport in Fresnoit, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.255901