Eine Forschergruppe des Max-Planck Instituts für Festkörperforschung hat zusammen mit französischen Kollegen des CNRS-Forschungsinstituts in Grenoble ein dem elektrischen Hall-Effekt ähnliches Phänomen für den Transport von Wärme in Kristallgittern entdeckt. In ihrem Experiment wurde der Transport von Wärme durch Gitterschwingungen in einem Kristall mittels eines starken Magnetfelds senkrecht zur ursprünglichen Transportrichtung abgelenkt. Dieser Effekt gleicht somit in gewisser Weise der durch Magnetfelder verursachten Hallspannung eines elektrischen Leiters.
Wenn die freien Elektronen eines guten Leiters durch ein elektrisches Feld in Bewegung versetzt werden und gleichzeitig senkrecht dazu ein Magnetfeld angelegt wird, so bewegen sich die Elektronen aufgrund der schon aus der Schulphysik bekannten Lorentzkraft senkrecht zu den beiden gekreuzten Feldern. Diese Ablenkung aus ihrer ursprünglichen Bahn bezeichnet man in der Elektrotechnik als Hall-Effekt.
Peter Wyder und seine Kollegen haben nun entdeckt, dass unter gewissen Bedingungen ein ähnliches Phänomen für den Transport von Wärme auftreten kann ? und zwar selbst dann, wenn diese nicht von freien Elektronen, sondern nur durch Gitterschwingungen durch einen Kristall geleitet wird.
In ihrem Experiment kühlten die Forscher zunächst einen kleinen Kristall aus dem Stoff Terbium-Gallium-Garnet auf etwa 5 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt ab. Da die Elektronen der Ionen des Kristalls fest an die Gitterplätze gebunden waren, konnte ein Transport von Wärme nur durch Gitterschwingungen stattfinden.
Um die Wärmeleitung durch den Kristall auszulösen, erhitzten die Wissenschaftler nun vorsichtig ein Ende ihres Stäbchens. Als die Forscher nun zusätzlich ein starkes Magnetfeld senkrecht zur Richtung des Wärmeflusses anlegten, bildete sich tatsächlich eine zu der Flussrichtung und der Richtung des Magnetfelds senkrechte Temperaturdifferenz aus ? ganz genauso wie die Hallspannung bei elektrischen Leitern.
Die Forscher hatten somit erstmals einen Hall-Effekt bei Abwesenheit von freien Ladungsträgern demonstriert und wollen ihn nur zur Analyse von Gitterschwingungen bei niedrigen Temperaturen einsetzen.
Physical Review Letters (Band 95 Artikel 155901)
