Experimentelle Thermodynamik kleiner Systeme

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Die klassische Thermodynamik ist nur für beliebig große Systeme definiert. In den letzten Jahren wurde aber gezeigt, dass man Konzepte wie Temperatur, Schmelzpunkt etc. für endliche und sogar für sehr kleine Systeme verallgemeinern kann. Von den Antragstellern wurde eine Methode entwickelt, mit der man den Schmelzpunkt von freien Clustern definierter Größe messen kann. Frei bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Cluster nur von Vakuum umgeben ist. Die Messungen wurden bisher für das theoretisch am einfachsten zu behandelnde Metall Natrium durchgeführt und haben zu einer Fülle neuer Ergebnisse geführt. So fluktuieren die gemessenen Schmelzpunkte stark mit der Clustergröße, ein zusätzliches Atom kann den Schmelzpunkt um mehr als 10 Grad verändern. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass unter bestimmten Bedingungen eine Energiezufuhr zu einer Temperaturverminderung des Clusters führen kann. Die Untersuchungen sollen nun in zwei Richtungen erweitert werden. Einmal sollen andere AlkaliMetalle und Alkali-Legierungen untersucht werden, um ein tieferes Verständnis des Schmelzens von Metallclustern zu erhalten. Zum anderen soll ein erweitertes, bereits erprobtes Messverfahren für die Energiebestimmung optimiert werden. Damit lassen sich auch viele nichtmetallische Systeme untersuchen. Gedacht ist dabei z.B. an die biologisch und astronomisch interessanten Wassercluster, an denen bereits erste Experimente durchgeführt worden sind.