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Forschungszentrum Jülich - Forschen in Jülich 2_2012

2 | 2012 Forschen in Jülich 21 higkeitaufgrundvonGitterschwingungen. Indem man diesen Anteil reduziert, kommt man zu effizienteren Thermo- elektrika“, sagt Hermann, der an der ­Universität Lüttich als Gastprofessor Vorlesungen hält. Die experimentelle Untersuchung der Gitterschwingungen und der Mechanis- men des Wärmetransports ist sein Spe- zialgebiet, wie schon der Name seiner Jülicher Helmholtz-Nachwuchsgruppe deutlich macht: „Lattice dynamics in emerging functional materials“ (Gitter­ dynamik in aufkommenden Funktions- materialien). Tatsächlich erforscht seine Gruppe, zu der momentan zwei Dokto- randinnen, drei Doktoranden und ein Postdoc gehören, nicht ausschließlich Thermoelektrika, sondern beispielswei- se auch phasenwechselnde Materialien, die für optische Datenspeicher bedeut- sam sind. In den Jülicher Laboren des Jülich Centre of Neutron Science (JCNS) mes- sen die Wissenschaftler die elastischen Konstanten und andere äußere – Fach- sprache: makroskopische – Material­ eigenschaften, die mit den Gitterbewe- gungen zusammenhängen. Um einen mikros­kopischen Blick auf die Gitter- schwingungen werfen zu können, benöti- gen sie Zugang zu Großgeräten an inter- nationalen Forschungseinrichtungen. So nutzen sie regelmäßig die Messeinrich- tungen des JCNS am Forschungsreaktor FRM-2 in Garching oder am Institute Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich. Darüber hinaus untersuchen sie die Ma- terialien beispielsweise an der European Synchrotron Radiation Facility, ebenfalls Grenoble, und an der Photonenquelle des Argonne National Laboratory in den USA. Rolle der Gitterschwingungen Zum mikroskopischen Bild der Gitter- schwingungen gehört, dass ihre Energie „quantisiert“ ist, also immer nur in be- stimmten Portionen auftreten kann. Quantisierte Gitterschwingungen heißen Phononen – ähnlich wie Photonen die Energiequanten des Lichts sind. Drei Faktoren bestimmen den Wärmetrans- port der Phononen: Geschwindigkeit, freie Weglänge und Wärmekapazität. „Das ist wie beim Gütertransport über Fernstraßen: Es wird umso mehr trans- portiert, je schneller der Lkw fährt, je weniger er im Stau steht und je größer sein Laderaum ist“, erläutert Hermann. Die Forscher konnten bei thermo- elektrischen Materialien mit chemi- schen Formeln wie Yb14MnSb11, FeSb3 und Sr8Ga16Ge30 ermitteln, welcher der Faktoren die Wärmeleitfähigkeit der Pho- nonen jeweils entscheidend begrenzt. Für ihre Dissertation dazu erhielt Her- manns Doktorandin Anne Möchel, die inzwischen Anne Houben heißt und am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik ar- beitet, 2011 den Nachwuchspreis der Deutschen Thermoelektrik-Gesellschaft (DTG). „Sie leistete einen wesentlichen Schritt zu einem besseren Verständnis des thermischen Transports“, heißt es in der Pressemitteilung der DTG. Hermann ist sich sicher: „Dieses Verständnis des Wärmetransports ist für die Suche nach thermoelektrischen Materialien mit hö- herem Wirkungsgrad wesentlich.“ Und er sagt, dass Jülich ideale Voraussetzungen bietet, um mit seiner Forschung auch künftig erfolgreich zu sein. Davon schei- nen auch Deutsche Forschungsgemein- schaft und Bundesforschungsministeri- um überzeugt. Mit ihren Fördergeldern konnte Hermann inzwischen seinen For- schungsetat aus dem Helmholtz-Pro- gramm erheblich erhöhen. :: Zwei thermoelektrische Materialien und ihr atomarer Aufbau: Sr8Ga16Ge30 (links) und Yb14MnSb11 (rechts). Automobilhersteller testen thermoelektrische Generatoren, die in den Abgasstrang eingebaut werden, um Abwärme in Strom für die Bordelektronik umzuwandeln. Nachwuchs | Thermo-Power

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