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In der Nanowelt ist es weder heiß noch kalt

Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität von Surrey in Großbritannien glaubt, dass selbst aus relativ vielen Atomen bestehende Objekte wie etwa mehrere Mikrometer lange Kohlenstoffnanoröhren keine Temperatur aufweisen. In einem Gedankenexperiment zeigen die Forscher, dass die Definition einer derartigen statistischen Größe aufgrund der Quantenmechanik keinen Sinn macht. Darüber wird das Fachmagazin Physical Review Letters in einer kommenden Ausgabe berichten.

Nach Ansicht von Ortwin Hess und seinen Kollegen hängt die charakteristische Größe, bei der die Definition der Temperatur zusammenbricht, nicht nur von der Zahl der Atome des Objekts ab, sondern auch von dessen Material und geometrischer Form. Demnach ist es unmöglich, die Temperatur einer 10 Mikrometer langen Kohlenstoffnanoröhre, die immerhin aus etwa 100 000 Atomen besteht, zu bestimmen.

Dies hängt damit zusammen, dass die durch die Quantenmechanik verursachten Energiefluktuationen es nicht zulassen, dass die Röhre ein thermisches Gleichgewicht erreicht. Daher macht es keinen Sinn, von einer Temperatur eines derartigen Objekts zu sprechen.

Forscher hatten bisher geglaubt, dass sich die Temperatur eines Objekts in der Regel eindeutig bestimmen lässt ? es sei denn, dieses besteht wirklich nur aus ein paar Atomen. Sollten Quantenfluktuationen tatsächlich schon bei viel größeren Objekten einen Eintritt in ein thermisches Gleichgewicht verhindern, so könnte dies unter Umständen negative Auswirkungen auf die Herstellung von nano-elektromechanischen Geräten, so genannten NEMS, haben.

Stefan Maier
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