Wissenschaftler haben in einem bahnbrechenden Experiment Gold auf etwa 19.000 Kelvin (33.700°F) erhitzt, was dem 14-fachen seines Schmelzpunktes entspricht, ohne dass es seinen Aggregatzustand verändert. Diese Leistung, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, stellt eine jahrzehntealte Theorie zur thermischen Dynamik von Metallen unter extremen Bedingungen in Frage.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Bob Nagler am SLAC National Accelerator Laboratory nutzte ultraschnelle Röntgenlaserpulse, um einen dünnen Goldfilm in extrem kurzer Zeit zu erhitzen. Die beispiellose Geschwindigkeit der Erhitzung verhinderte, dass die Kristallstruktur des Goldes zusammenbrach, wodurch es seinen festen Zustand beibehielt. Diese Entdeckung bietet nicht nur eine neue Methode zur Messung extremer Temperaturen, sondern liefert auch Einblicke in exotische Materiezustände, wie sie in den Kernen von Planeten und in stellaren Umgebungen vorkommen. Die Forschungsergebnisse sind besonders bedeutsam, da sie die bisherigen Annahmen über die thermische Dynamik von Metallen unter extremen Bedingungen herausfordern. Die Fähigkeit, Materialien über ihren theoretischen Schmelzpunkt hinaus in einem festen Zustand zu halten, könnte weitreichende Anwendungen in der Materialwissenschaft und der Astrophysik haben. Die zugrundeliegende Theorie aus den 1980er Jahren besagte, dass bei solchen Energiedichten die Elektronen im Metall schnell genug Energie aufnehmen würden, um die Bindungen zwischen den Atomen zu brechen und so einen Phasenübergang zu Flüssigkeit auszulösen. Die neuen Experimente zeigen jedoch, dass die Geschwindigkeit der Energieübertragung eine entscheidende Rolle spielt. Wenn die Energie extrem schnell zugeführt wird, haben die Atome keine Zeit, sich ausreichend zu bewegen, um die Struktur aufzulösen, bevor die Energie wieder abgeführt wird. Dies führt zu einem Zustand, der als "nicht-thermische" Erhitzung bezeichnet wird. Diese Erkenntnisse könnten auch für die Entwicklung neuer Materialien mit verbesserten Eigenschaften relevant sein, die extremen Temperaturen standhalten müssen.