Wärmeleitung durch Atomare Punktkontakte

Wärmeleitung durch Atomare Punktkontakte

Analog zur Quantisierung der elektrischen Leitfähigkeit gibt es auch eine Quantisierung der thermischen Leitfähigkeit, sofern die Dimensionen der betrachteten Objekte auf atomare Skalen reduziert werden. Uns ist es auch mit den von uns entwickelten, höchstauflösenden, sub-mikrometer großen Wärmestromsensoren gelungen, präzise die Wärmeströme durch einzelne atomare Punktkontakte zu messen. Diese Messungen werden mithilfe der so genannten Bruchkontakttechnik durchgeführt. Dazu wird zunächst ein verlässlicher Kontakt über viele Atome zwischen der Probe und einer Spitze eines Rastertunnelmikroskops hergestellt. Das Zustandekommen des Kontakts wird durch eine elektrische Widerstandmessung kontrolliert. Ausgehend von dieser Situation zieht man nun die Spitze von der Probe picometergenau zurück und beobachtet das Abreißen einzelner Atomkontakte, bis zuletzt ein einzelner übrig bleibt, der nun studiert werden kann. Da wir in unseren Spitzen ein submikrometer großen Wärmestromsensor integriert haben, können nun Wärmestrommessungen durch diesen Punktkontakt durchgeführt werden. So kann das Wiedemann-Franz Gesetz, welches von großvolumigen Metallen bekannt ist, auch auf seine Gültigkeit bei atomaren Skalen geprüft werden. Diese quantisierte Wärmeleitung verschiedener Materialien ist ein weiterer, neuerer Forschungsschwerpunkt unserer Gruppe.

(Stand: 20.04.2022)