Φυσικοί δημιούργησαν τη μικρότερη λάμπα πυρακτώσεως

Πηγή: Science Blog, 6 Μαΐου 2009

Σε μια προσπάθεια να διερευνήσουν το σύνορο μεταξύ της κλασσικής θερμοδυναμικής και της κβαντομηχανικής - δύο θεμελιώδεις  θεωρίες της φυσικής που όμως φαινομενικά είναι ασυμβίβαστες - μια ομάδα από το Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Λος Άντζελες (UCLA) έχει δημιουργήσει τον μικρότερο λαμπτήρα πυρακτώσεως στον κόσμο.

Η ομάδα, κάτω υπό την ηγεσία του Chris Regan έχει δημοσιεύσει τα αποτελέσματα των ερευνών τους στο περιοδικό Physical Review Letters.

Η θερμοδυναμική, το κορυφαίο καμάρι της φυσικής του 19ου αιώνα, αφορά συστήματα με πολλά σωματίδια. Η κβαντική μηχανική, η οποία αναπτύχθηκε κατά τον 20ό αιώνα, λειτουργεί καλύτερα όταν εφαρμόζεται σε λίγα μόνο σωματίδια. Η ομάδα του UCLA χρησιμοποίησε μια μικρή λάμπα για τη μελέτη του νόμου της ακτινοβολίας του μέλανος σώματος του Max Planck, που αναπτύχθηκε το 1900 χρησιμοποιώντας αρχές που τώρα καταλαβαίνουμε ότι γέννησαν και τις δύο θεωρίες.

Γι αυτόν τον λαμπτήρα πυρακτώσεως χρησιμοποίησαν ένα νήμα κατασκευασμένο  από ένα απλό νανοσωλήνα άνθρακα με πλάτος μόνο 100 άτομα. Χωρίς βοήθεια, το νήμα από νανοσωλήνα είναι εντελώς αόρατα όταν η λάμπα δεν ανάβει, αλλά φαίνεται ως μια μικρή κουκίδα φωτός όταν η λυχνία είναι αναμμένη.

Το μικροσκοπικό νημάτιο πυράκτωσης της λάμπας

Ακόμη και με το καλύτερο οπτικό μικροσκόπιο δεν είναι δυνατόν να δουν οι φυσικοί τους νανοσωλήνες, γι αυτό για να μελετήσουν την πραγματική δομή του νήματος η ομάδα χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ικανό να έχει ατομική ανάλυση.

Με λιγότερα από 20 εκατομμύρια άτομα, οι λαμπτήρες με νανοσωλήνες είναι αρκετά μεγάλες για να ισχύουν σε αυτό οι στατιστικοί νόμοι της θερμοδυναμικής και αρκετά μικρές για να θεωρηθεί κβαντομηχανικό σύστημα.

"Επειδή και η ακτινοβολία του μέλανος σώματος και η νανοκλίμακα βρίσκονται στα όρια μεταξύ των δύο θεωριών, πιστεύουμε ότι αυτή η τεχνολογία είναι ένα πολύ ελπιδοφόρο σύστημα για διερεύνηση," λέει ο Regan. "Οι νανοσωλήνες από άνθρακα που χρησιμοποιούνται ως νήμα είναι ιδανικοί για τους σκοπούς τους, λόγω του μικρού μεγέθους και την ασυνήθιστη σταθερότητα της θερμοκρασίας."

Οι νανοσωλήνες άνθρακα ανακαλύφθηκαν το 1991 αλλά η χρήση του άνθρακα στο νήμα πυράκτωσης ήταν ιδέα του Τόμας Έντισον και χρησιμοποιήθηκε στις πρώτες λάμπες του κόσμου, μόνο που το νανο-νημάτιο της νέας νανο-λάμπας, αν και παρόμοιο με αυτό το Έντισον, είναι 100.000 φορές πιο στενό και 10.000 φορές πιο κοντό, με συνολικό όγκο τρισεκατομμυριοστά μικρότερο του Έντισον.

Η ανακάλυψη έρχεται σε μια εποχή που η τεχνολογία απομακρύνεται από τις γνωστές λάμπες πυράκτωσης και στρέφεται προς τη νέα γενιά των λαμπών LED, οι οποίες όμως ακόμα είναι αρκετά ακριβές για να τοποθετηθούν μαζικά σε σπίτια και γραφεία.