3. 10. 2018

Tomáš Králík a Věra Musilová (ÚPT AVČR Brno):
Vliv supravodivosti na přenos tepla zářením v blízkém poli

Abstrakt:

Max Planck učinil poznámku o mezi platnosti jeho zákona, danou rozměrem
tělesa oproti vlnové délce záření. Vložením absorbéru do blízkosti povrchu
těles menší než je tato vlnová délka, do tzv. blízkého pole, lze absorbovat
výkon tepelného záření řádově překračující záření černého tělesa a to i
vysoce odraznými povrchy jako jsou kovy. Přenos tepla zářením v blízkém
poli je v posledních dvou dekádách intenzivně studován pro různé kombinace
materiálů, tvarů a velikostí a to jak teoreticky tak experimentálně.
Cílovými aplikacemi jsou termofotovoltaika pro výrobu elektřiny
z odpadního tepla, bezkontaktní ohřev či chlazení, logické tepelné obvody,
MEMS, … Hlavní proud výzkumu blízkého tepelného pole sleduje aplikace za
teplot blízkých pokojovým. Pro srovnání s teorií jsou výhodné experimenty
s planparalelními povrchy, které však jsou obtížné technicky, zejména při
vyšších teplotách, kdy vyžadují vzdálenosti v nanometrové oblasti.
Motivací pro studium přenosu tepla blízkým polem v naší brněnské
laboratoři byly anomálie pozorované při teplotách pod 50 K při měření
přenosu tepla zářením (radiative heat transfer, RHT) mezi rovnoběžnými
povrchy pro určení odrazivosti materiálů vůči tepelnému záření. Měřením
RHT mezi wolframovými povrchy s odrazivostí 97 % (emisivita 3 %) jsme
pozorovali na mikrometrové vzdálenosti 100x vyšší přenos než mezi černými
povrchy (emisivita 10000 %). Z hlediska řízení RHT je zajímavá možnost jeho
“náhlé” změny s teplotou. Vzhledem k dlouhovlnné povaze RHT v blízkém poli
jsme předpokládali, že tento jev může nastat při fázovém přechodu do
supravodivosti. Hypotézu jsme ověřili experimenty se supravodivými
vrstvami Nb a NbN  [T. Králík, V. Musilová, T. Fořt and A. Srnka, Effect
of superconductivity on near-field radiative heat transfer, Phys. Rev. B
95, 060503(R) (2017);  V. Musilová, T. Králík, T. Fořt and M. Macek,
Strong suppression of near-field radiative heat transfer by
superconductivity in NbN, Phys. Rev. B, under review].

V přednášce uvedeme vlastnosti přenosu tepla zářením v blízkém poli mezi
rovnoběžnými povrchy dielektrik a kovů včetně vlivu supravodivosti.
Klasický výpočet přenosu tepla zářením mezi rovnoběžnými povrchy, spolu
s užitím BCS teorie pro supravodiče, srovnáme s výsledky našich měření
na Nb a NbN a popíšeme užité kryogenní experimentální zařízení vytvořené
pro tento účel v naší laboratoři.