Warum Metalle spiegeln und Wärme leiten

Foto: Eine Kupfermünze aus der Kaiserzeit

Warum wird der Griff eines Kupferkessels heißer als der eines Edelstahltopfes? Wie kann man die Reflexion des Badezimmerspiegels erklären? Die Charakteristika eines Metalls haben eine gemeinsame Ursache, die durch Paul Drude um das Jahr 1900 erstmals beschrieben wurde: Komplexe Metalle lassen sich in ihren dynamischen Eigenschaften über eine einzige Größe, die so genannte mittlere Stoßrate der Elektronen, charakterisieren.

Überprüft werden konnte die Theorie jedoch bis dato nicht. Dies lag daran, dass für typische Metalle die Stoßrate im infraroten Spektralbereich liegt, in welchem die Reflexion fast 100 Prozent beträgt. Optische Messungen sind nicht genau genug, um die kleinen Abweichungen im Vergleich zu einem perfekten Spiegel zu messen.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wurde von Stuttgarter Wissenschaftlern eine metallische Legierung gewählt, die auf Grund von elektronischen Wechselwirkungen extrem langsame Elektronen besitzt. Die Zeit zwischen zwei Stößen ist hierbei zehntausendmal länger. Folglich verschiebt sich die charakteristische Stoßrate in den Bereich der Mikrowellen, wo sehr genaue Messgeräte zur Verfügung stehen.

In jahrelanger Arbeit wurde am Stuttgarter Physikalischen Institut eine spezielle Mikrowellenapparatur entwickelt, die es erlaubt, bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt von -273°C Präzisionsmessungen zu machen. Um die Empfindlichkeit weiter zu steigern, wurden in Zusammenarbeit mit der Universität Mainz dünne Filme dieser Legierung hergestellt. Bei sehr tiefen Temperaturen wird dieses Metall supraleitend, was ideal zu Kalibrierung der Messvorrichtung ist.
Die Untersuchungen der Stuttgarter Physiker bestätigten exakt den Verlauf, den Paul Drude vor über hundert Jahren vorhergesagt hatte.

"Zudem haben wir uns die experimentellen Techniken geschaffen, um physikalische Systeme zu untersuchen, wo dies nicht mehr möglich ist", betont Prof. Martin Dressel vom 1. Physikalischen Institut der Uni. Hierzu gehören beispielsweise eindimensionale Metalle, das heißt atomare Drähte.

COMPAMED.de; Quelle: Universität Stuttgart