Ein nanoskopischer Schutzmechanismus bremst den Wärmefluss von heißem Metall in amorphes Eis drastisch ab. Ein internationales Forschungsteam hat am Röntgenlaser European XFEL ein Phänomen beobachtet, das an den klassischen Leidenfrost-Effekt erinnert, sich jedoch auf einer Skala von Milliardstel Metern und in Milliardstel Sekunden abspielt. Die in der Fachzeitschrift Communications Chemistry veröffentlichte Entdeckung könnte künftige Technologien in den Bereichen Laserbearbeitung, Datenspeicherung und Katalyse beeinflussen.
Entdeckung eines thermischen Schutzschildes
Die Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung und des European XFEL untersuchten eigentlich die Phasenübergänge von amorphem Eis – einer nicht-kristallinen, glasartigen Form von Eis. Für das Experiment erhitzten sie eine dünne Platinschicht, die sich direkt unter einer ultradünnen Schicht des amorphen Eises befand. Überraschenderweise zeigte sich in den Messungen, dass sich das Eis auf der Nanosekunden-Zeitskala kaum erwärmte oder seine Struktur veränderte.
Computer-Simulationen und präzise Röntgenmessungen enthüllten die Ursache für das Ausbleiben der erwarteten Schmelzreaktion. Durch die schlagartige Erwärmung bildet sich an der Grenzfläche zwischen dem Platin und dem Eis eine winzige, nur etwa sechs Nanometer dicke Wasserdampfschicht. Diese extrem dünne Ausgasung fungiert als hocheffiziente thermische Barriere. Der Wärmefluss aus dem aufgeheizten Metall in das Eis wird dadurch stark reduziert, was von herkömmlichen Modellen zum Wärmetransport bislang nicht vorhergesagt werden konnte.
Bedeutung für Erdatmosphäre und Weltraumforschung
Die Erkenntnisse liefern der Wissenschaft neue Impulse für das Verständnis physikalischer Prozesse auf atomarer Ebene. Das Phänomen ist unter anderem wichtig, um das Verhalten von Wasser und Eis in der Erdatmosphäre genauer zu beschreiben. Zudem besitzt es Relevanz für die Astrophysik im Weltraum, wo amorphes Eis im Vakuum häufig an winzigen interstellaren Staubkörnern haftet. Die Forschenden wollen nun untersuchen, ob sich ähnliche isolierende Dampfschichten auch an den Grenzflächen anderer Materialien unter extrem schneller Hitzeeinwirkung bilden.
Die Studie ist unter der DOI 10.1038/s42004-026-02177-2 veröffentlicht.
