مولکول CO در انتهای نوکی فلزی و تیز در نزدیکی‌ی سطح طلا به‌تندی خنک می‌شود. لرزش‌های CO (خاکستری) هم‌ارز با لرزش‌های تصویر بار الکتریکی مولکول (سفید) است که در سطح طلا (آبی) فونون می‌زاید. این آزمایش نشان‌دهنده‌ی "تونل‌زنی‌ی فونون" است.


فیزیک انتقال حرارت در فاصله‌های بسیار کوتاه را درست نمی‌شناسیم. آزمایشی در شماره‌ی 15 اکتبر فیزیکال ریویو لترز منتشر شده، که نشان می‌دهد نوک تیز فلزی در فاصله‌ئی به‌اندازه‌ی طول چند اتم از سطح فلزی و سرد حرارت را با آهنگی گسیل می‌کند که چند برابر میزان عادی‌ی آن است. عامل انتقال حرارت افت‌وخیز میدان‌های الکتریکی ست. پژوهشگران این اثر را "تونل‌زنی‌ی فونون" نامیده‌اند زیرا به‌نظر می‌رسد لرزش‌های کوانتیده‌ی مولکول ها که فونون نام دارد فراسوی شکافی که گذر از آن ممنوع است می‌جهند.

حرارت به سه صورت جریان می‌یابد: رسانش، هم‌رفت، و تابش. برای هم‌رفت نیاز به محیط واسطه‌ئی مانند هواست؛ تابش همان امواج الکترومغناطیسی‌ست که در خلأ منتشر می‌شوند. رسانش تنها هنگامی رخ‌ می‌دهد که دو شی‌ء در تماس باشند. پژوهشگرها این فرآیند را برحسب انتقال فونون (کوانتوم‌های لرزش) توصیف می‌کنند که بین اشیاء جدا از هم ناممکن به‌نظر می‌رسد. اما انتقال حرارت در فاصله‌های کوتاه شگفتی‌هائی به همراه دارد. در یکی از آزمایش‌های اخیر، انتقال حرارت از نوکی تیز به سطحی سرد در فواصل کم‌تر از 10 نانومتر با پیش‌بینی ی نظری توافق نداشت. در این آزمایش امکان اندازه‌گرفتن دمای انتهای نوک نبود.

اینک آزمایشگران برای اندازه‌گرفتن دما روش معروف به طیف‌نگاری‌ی تونل‌زنی‌ی غیرکش‌سان الکترون(IETS) را به کار برده اند، یعنی اعمال ولتاژهای مختلف بین نوک و سطح و اندازه‌گیری‌ی جریانی که در اثر تونل زدن الکترون برقرار می‌شود. لرزش‌ گرمایی‌ی مولکول‌های مواد به ویژه آخرین مولکول نوک بر این الکترون‌ها اثر دارد و جریان، دما را به‌دست می‌دهد. تحت شرایط خلأ بسیار زیاد، نوکی از جنس آلیاژ پلاتین و ایریدیوم دردمای 275 درجه‌ی کلوین را در فاصله‌ی 0.3 نانومتر از سطحی از جنس طلا در دماهای 90، 150، یا 210 درجه‌ی کلوین قرار دادند. داده‌های IETS نه تنها دمای انتهای نوک را به دست داد بلکه معلوم کرد تک مولکول کربن‌مونواکسید (CO) به انتهای نوک چسیبده است. این رخ‌داد عادی برای آزمایش مفید نیز بود چون مولکول CO از نظر گرمایی تا حدی از بقیه‌ی نوک جداست. آزمایشگران در مقاله شان محاسبه کرده‌اند که مولکول CO با زادن فونون در طلا گرما را با آهنگی 10¹⁰ بار بیشتر از تابش مسقیم به‌درون خلأ پخش می‌کند.

Igor Altfeder, Andrey A. Voevodin, and Ajit K. Roy, Phys. Rev. Lett. 105, 166101

منبع خبر: Vibrations Skip Across Vacuum


نویسنده خبر: علی مسچیان