Heat Transfer and Heat Conduction on the Nanoscale

Prof. Dr. Achim Kittel, Dr. Svend-Age Biehs, U Oldenburg

Dr. Philippe Ben-Abdallah, CNRS Palaiseau/Frankreich

Bad Honnef. Mit der aktuellen Entwicklung in Technik und Forschung werden heutzutage Strukturen untersucht und genutzt, die bei weitem kleiner sind als die charakteristischen Längenskalen, auf denen die Lehrbuchgesetze für die Wärmestrahlung und phononische Wärmeleitung – wie das Plancksche Strahlungsgesetz und das Fouriersche Gesetz – gültig sind. Das macht es notwendig, völlig neuartige Untersuchungs- und Beschreibungsmethoden zu entwickeln, um Wärmestrahlungs- und Wärmeleitungsphänomene auch auf nanometrischen Längenskalen zu verstehen. Diesem hochaktuellem Thema war das WE-Heraeus-Seminar vom 11. bis 15. April 2016 in Bad Honnef gewidmet.

Ziel war es, sowohl eine ausführliche Einführung in die grundlegenden Theorien und Experimente als auch einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung zu geben. So stellten einführende Beiträge sowohl die Theorien der fluktuierende Elektrodynamik und die makroskopische Quantenelektrodynamik vor als auch eine ganze Reihe von experimentellen Methoden, die es erlauben, auf unterschiedlichste Weisen thermisch fluktuierende elektromagnetische Nahfelder zu charakterisieren und die photonische bzw. phononische Wärmeleitung in verschiedensten Nano- und Mikrostrukturen zu untersuchen. Neben analytischen Modellen wurden numerische Simulationstechniken präsentiert, die es mithilfe neuer mathematischer Methoden erlauben, Wärmeströme auch für höchst komplexe Geometrien auf nanometrischen Längenskalen zu beschreiben. Die gewonnen Erkenntnisse lassen sich in verschiedensten Anwendungen nutzen. So helfen sie bei der Verbesserung von thermoelektrischen Energiewandlern und Mikrokühlern. Weiterhin gibt es Vorschläge für völlig neuartige thermische Bauteile wie Dioden, Transistoren und sogar Speicher, die auf Phasenübergangsmaterialien oder Quantensystemen beruhen.  

Insgesamt kamen fünfundsiebzig Teilnehmer aus achtzehn Nationen und vier Kontinenten nach Bad Honnef, um dreiunddreißig Vorträge (davon zwanzig eingeladene) zu hören und ausgiebig zu diskutieren. Außerdem wurden vierundzwanzig Poster in drei Postersitzungen vorgestellt und rege erörtert. Wie sich diesen Zahlen entnehmen lässt, war das Seminar intensiv; die Resonanz bei den Kolleginnen und Kollegen war sehr positiv. Insbesondere waren sie von den Möglichkeiten und Räumlichkeiten des Physikzentrums sowie von der Organisation und der Unterstützung durch die WE-Heraeus-Stiftung, der an dieser Stelle nochmals herzlich gedankt sei, sehr beeindruckt.