Da Max Planck i 1900 forklarede, at udstrålingen for et ideelt sort legeme ved forskellige bølgelængder følger en fordeling, som nu kaldes Plancks strålingslov, skød han udviklingen af kvantemekanikken i gang.

Det revolutionerede fysikken og gav os moderne halvlederelektronik og lasere, som i dag omgiver os overalt.

Men i en ny artikel i Nano Letters viser amerikanske fysikere på Massachusetts Institute of Technology (MIT), at Plancks strålingslov bryder sammen, når man placerer et andet objekt meget tæt på det varme legeme.

Det kan føre til en meget større varmeudveksling, end Plancks strålingslov forudsiger og dermed være en metode til effektiv køling, som eksempelvis kan udnyttes til bedre design af harddiske.

Planck kendte selv begrænsningen af sin lov
MIT-professor Gang Chen, der har stået i spidsen for den nye forskning, siger, at Max Planck selv var meget opmærksom på, at hans lov kun gjaldt for store systemer.

Så det burde ikke komme som en overraskelse, at loven bryder sammen på nanoskala, selv om de færreste er klar over det.

Igennem flere år har Chen og hans forskergruppe undersøgt varmestråling fra en varm, plan overflade, når man placerede en anden plan overflade tæt på.

Men af praktiske hensyn var det vanskeligt at bringe de to overflader tættere på hinanden end ca. en mikrometer. Og det var umuligt ved denne afstandsseparation at måle noget, som adskilte sig fra forudsigelser baseret på Plancks strålingslov.

Nu har forskerne i stedet valgt at bruge små glaskugler, og de kan derved på kontrollerbar vis bringes i en afstand af kun 10 nanometer fra den varme overflade.

Varmeudstrålingen bliver nu øget med op til 1.000 gange i forhold til forudsigelserne baseret på Plancks strålingslov.

Vanskelige målinger
Professor John Pendry fra Imperial College i London er en af de teoretikere, som har forudset, at Plancks strålingslov vil bryde sammen ved små afstande.

Han forklarer ifølge meddelelsen fra MIT, at eksperimentel verifikation har været meget vanskelig, da det er vanskeligt at måle temperaturforskelle over meget små afstande.

»Gang Chens eksperimenter er en smuk løsning på denne vanskelighed og bekræfter det dominerende bidrag fra nærfeltseffekter til varmeoverførsel,« siger han.

Chen påpeger selv, at da varmeoverførslen på nanoskala nu er bedre forstået, kan det have betydning for design af nye harddiske, hvor afstanden mellem skrivehoved og skivens overflader typisk er 5-6 nanometer, og hvor varme ofte er et problem.

Han peger desuden på, at det kan have betydning for elementer, der opsamler energi i forbindelse med udsendelse af fotoner fra varmekilder – såkaldte ’termophotovoltaic cells’.