Ein Magnetfeld kann den Fluss von Wärme in einer Leiterschleife beeinflussen, haben Wissenschaftler der Northwestern-Universität in Chicago herausgefunden. Dieser Quanteneffekt wird wahrscheinlich durch die Überlagerung der Wellenfunktionen der durch den Leiter fließenden Elektronen verursacht, berichten die Forscher im Fachmagazin Physical Review Letters (Band 94 Artikel 147002).
Zhigang Jiang und Venkat Chandrasekar analysierten in ihrer Studie mithilfe von theoretischen Methoden der Quantenmechanik die von Elektronen vermittelte Leitung von Wärme durch eine dünne Leiteranordnung. Diese bestand aus einem nur wenige Mikrometer langen geradlinigen Metalldraht, der einen Ring aus einem supraleitenden Draht tangential berührte.
Mit diesem Aufbau untersuchten die Forscher das Verhalten von Elektronen, die von links nach rechts durch den Metalldraht wanderten. Jedes einzelne Elektron musste dazu durch eine Wellenfunktion beschrieben werden, deren Quadrat die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons im Raum beschreibt. Wenn diese Wellen an dem Berührungspunkt mit der supraleitenden Schleife vorbeiwanderten, konnten sie in diese eindringen und sich nach einer Umrundung der Schleife mit den Wellen der Elektronen des Metalldrahts wieder vereinigen.
Auf diese Weise konnten sich die Wellen der Leiterelektronen am Berührpunkt mit der Schleife entweder verstärken oder abschwächen ? je nachdem, ob ein Gipfel eines Wellenberges mit einem Gipfel oder mit einem Tal einer anderen Welle zusammentraf. Es handelt sich also um einen Interferenzvorgang, ausgelöst durch den Phasenunterschied der am Berührpunkt zusammentreffenden Wellen.
Mit Hilfe eines an die Schleife angelegten Magnetfelds ließ sich die Größe dieses Phasenunterschieds steuern, so dass sich bei bestimmten Werten des Feldes die Wellenfunktionen fast komplett auslöschten. Da Elektronen bei ihrer Wanderung durch einen Draht Wärme transportieren, ließ sich somit ein Wärmestrom durch das Magnetfeld kontrollieren. Die Forscher sind der Ansicht, in einem ersten Experiment tatsächlich Anzeichen für diesen Effekt gefunden zu haben.
Dieses Phänomen ist in gewisser Weise mit dem bekannteren Aharonov-Bohm-Effekt verwandt. Dabei kann der Fluss eines elektrischen Stroms durch einen Leiter, der sich an einer Stelle in zwei Bahnen aufspaltet, die sich anschließend wieder vereinigen, ebenfalls durch ein Magnetfeld kontrolliert werden. Bei dem von Jiang und Chandrasekar entdeckten Effekt hingegen findet seltsamerweise kein Ladungstransport durch den Leiter statt.
Stefan Maier
