Abkühlung auf nahezu den absoluten Nullpunkt. Kostenlose Neuigkeiten aus der technischen Bibliothek

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Abkühlung bis nahe zum absoluten Nullpunkt

22.09.2017

Forscher des Imperial College London haben eine neue Kühltechnologie entwickelt und getestet, die eine Kombination aus Magnetfeldern und Laserlicht verwendet. Während der Experimente wurde ein Calciummonofluorid-Molekül von einem Magnetfeld eingefangen und mit dem Licht mehrerer Laser auf eine Temperatur von 50 Mikrokelvin gekühlt, 50 Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius).

Beachten Sie, dass die neue Technologie keineswegs die erste und einzige Technologie zur Tieftemperaturkühlung einzelner Moleküle einer Substanz ist. Die neue Technologie ermöglicht jedoch die Verwendung einer breiteren Palette von Molekülarten als die herkömmliche Laserkühlmethode. Mit dem neuen Verfahren ist es möglich, auch die Moleküle der exotischsten Substanzen zu kühlen, die in der Natur nicht vorkommen und im Labor synthetisiert werden.

Aus dem Physikunterricht wissen wir, dass die Temperatur ein Maß für die Geschwindigkeit der chaotischen Bewegung von Teilchen, Atomen oder Molekülen, jeder Substanz, Gas, Flüssigkeit oder Festkörper ist. Und um die Partikel zu kühlen, müssen Sie sie auf die niedrigstmögliche Geschwindigkeit verlangsamen.

Um die Bewegungsgeschwindigkeit von Calciummonofluorid-Molekülen zu verlangsamen, wird in diesem Fall das Licht mehrerer Laser verwendet, die von verschiedenen Seiten auf das Molekül gerichtet werden. Der erste Laser beleuchtet das gekühlte Molekül von links und dieses Molekül absorbiert eines der Photonen. Dieses Photon entzieht dem Molekül einen Teil seiner kinetischen Energie, wie eine Billardkugel, die mit einer anderen Billardkugel kollidiert. Aber ab dem ersten Mal verliert das Molekül seinen Impuls nicht vollständig, es beginnt sich in die andere Richtung zu bewegen, wo es von einem Lichtphoton eines auf der gegenüberliegenden Seite installierten Lasers eingeholt wird. Durch die Bewegung des Moleküls und den Doppler-Effekt nimmt die Wellenlänge des Photons des Lichts des zweiten Lasers ab, dieses Photon wird vom Molekül absorbiert, das dadurch noch mehr abgebremst wird.

Als Ergebnis dieses Laser-Ping-Pong wird das Molekül, das wie ein Ball wirkt, allmählich langsamer und kälter. Gleichzeitig hält das Licht von zusätzlichen Lasern das Molekül in einem angeregten Energiezustand, der es ihm ermöglicht, Lichtphotonen unmittelbar nach der Absorption von Lichtphotonen von den "langsamen" Lasern zu emittieren. Diese Photonen werden in beliebige Richtungen emittiert und verändern die Menge an kinetischer Energie der Bewegung des Moleküls nicht sehr, aber das reicht aus, damit das Molekül immer leicht "warm" bleibt.

Um die minimale Temperaturgrenze der Doppler-Kühltechnologie zu überwinden, verwendeten die Wissenschaftler ein Magnetfeld, das als Falle für das Molekül fungierte, um es im Raum in eine bestimmte Richtung auszurichten und es auf eine bestimmte Höhe relativ zur ursprünglichen anzuheben führte zu einer Zunahme der potentiellen Energie und einer proportionalen Abnahme der kinetischen Energie von Molekülen. Und ein solcher Trick ermöglichte es, die kinetische Energie des Moleküls auf ein Niveau zu reduzieren, das einer Temperatur von 50 Mikrokelvin entspricht.

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

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Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Strom aus Kleidung 31.10.2020

Wissenschaftler in der Schweiz haben einen Weg gefunden, Strom mit verschleißfesten Polymeren zu erzeugen, die auf Kleidung aufgetragen werden.

Bisher gab es Solarkonzentratoren nur in Form starrer, luftdichter Zellen. Dies machte sie für die Verwendung in der Struktur von Textilmaterialien ungeeignet. Aber jetzt hat sich alles geändert. Die Entdeckung von Schweizer Wissenschaftlern basiert auf Materialien, die sogar Streulicht zur Energiegewinnung nutzen können.

Diese Materialien enthalten lumineszierende Solarkonzentratoren (LSCs), die Umgebungslicht einfangen und seine Energie an eine Solarzelle übertragen, die das Licht dann wiederum in elektrische Energie umwandelt. Die Entdeckung wurde von einem Forschungsteam unter der Leitung von Luciano Boesel vom Biomimetic Membrane and Textile Laboratory der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) gemacht.

Sie waren es, die einen Weg fanden, diese lumineszierenden Materialien in ein flexibles und atmungsaktives Polymergewebe einzuarbeiten. Dieses neue Material basiert auf den Eigenschaften von linearen und hyperverzweigten amphiphilen Blockcopolymeren, die bereits in Form von Silikon-Hydrogel-Kontaktlinsen auf dem Markt sind.

Mit Hilfe von Kollegen, die auf Fotoenergie und Fasern spezialisiert sind, konnte das Team von Luciano Bozel daraus einen flexiblen Solarkonzentrator machen. Amphiphilie (auch Diphilie) ist eine Eigenschaft von Molekülen meist organischer Substanzen, die sowohl hydrophile als auch hydrophobe Eigenschaften haben, d. h. unter bestimmten Bedingungen Wasser passieren und unter bestimmten Bedingungen abstoßen.

Mit dem neuen Solarkonzentrator können Textilfasern hergestellt werden, ohne dass das Textil spröde und rissanfällig wird oder sich Wasserdampf in Form von Schweiß ansammelt. Am Körper getragene Solarstromkonzentratoren bieten uns enorme Versprechen und Vorteile bei der ständig steigenden Nachfrage nach mobilen Energiequellen für tragbare Gadgets und Geräte.

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