Amerikanische Wissenschaftler haben ein neuartiges Thermometer hergestellt, dessen Temperaturskala nur von Naturkonstanten wie etwa der Ladung des Elektrons abhängt. Das Thermometer muss daher nicht wie bisher zur Kalibrierung mit den Thermometern der technisch-physikalischen Bundesanstalten verglichen werden. Das berichteten die Forscher auf der Jahrestagung der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft.
Das von Robert Schoelkopf von der Yale-Universität und seinen Forscherkollegen hergestellte Thermometer besteht aus einer dünnen Aluminiumschicht, die sie durch eine nur wenige Atome dicke, nichtleitende Oxidschicht in zwei Bereiche aufgeteilt hatten. Wenn eine elektrische Spannung an diese Anordnung angelegt wurde, so mussten die Elektronen die Isolationsbarriere der Oxidschicht überwinden, um vom Minuspol der Spannungsquelle zum Pluspol zu gelangen.
Bei diesem in der Fachwelt als “Tunnelstrom” bezeichneten Ladungsfluss durchwandert ein Elektron nach dem anderen die Oxidschicht. Dies bringt ein als “shot-noise” bezeichnetes Rauschen des Elektronenstroms mit sich, das von einem empfindlichen Detektor nachgewiesen werden kann. Die Größe dieses Rauschens hängt nur von der angelegten Spannung sowie von einigen Naturkonstanten und der Temperatur des Geräts ab. Die Tunnelanordnung kann somit als ein Thermometer eingesetzt werden.
Den Forschern zu Folge ist der erste Prototyp ihres Thermometers bereits über einen Temperaturbereich von nur einem Grad über dem absoluten Nullpunkt bis hin zu Raumtemperatur einsetzbar. Der relative Fehler in der Temperaturmessung liegt zudem innerhalb des gesamten Bereiches unterhalb von einem Promille.
Die Wissenschaftler hoffen, dass zukünftige Versionen ihres Thermometers weitaus genauer sein werden und somit vielleicht schon bald herkömmliche Thermometer ersetzen könnten. Damit würden die relativ aufwändigen Abgleichungen neu hergestellter Thermometer mit dem Tripelpunkt des Wassers, auf dem die derzeitige Temperaturskala beruht, entfallen.
Stefan Maier
