Thermische geleidbaarheid is een van de meest cruciale fysische eigenschappen van materie als het gaat om het begrijpen van warmtetransport, hydrodynamische evolutie en energiebalans in systemen variërend van astrofysische objecten tot fusieplasma's.

In het regime van warme dichte materie (WDM) experimentele gegevens zijn zeer zeldzaam, zoveel theoretische modellen blijven onbeproefd.

Maar LLNL-onderzoekers hebben de theorie getest door een platform te ontwikkelen met de naam "differentiële verwarming" om thermische geleidbaarheidsmetingen uit te voeren. Net zoals land en water op aarde anders opwarmen in zonlicht, een temperatuurgradiënt kan worden geïnduceerd tussen twee verschillende materialen. De daaropvolgende warmtestroom van het warmere materiaal naar het koelere materiaal wordt gedetecteerd door in de tijd opgeloste diagnostiek om de thermische geleidbaarheid te bepalen.

In een experiment met de Titan-laser in de Jupiter Laser Facility van het Lab, LLNL-onderzoekers en medewerkers bereikten de eerste metingen van de thermische geleidbaarheid van warm, dicht aluminium - een prototypemateriaal dat vaak wordt gebruikt bij modelontwikkeling - door een dubbellaags doelwit van goud en aluminium te verwarmen met door laser gegenereerde protonen.

"Twee gelijktijdige tijdopgeloste diagnostiek leverde uitstekende gegevens voor goud, het warmere materiaal, en aluminium, het koudere materiaal, " zei Andrew Mckelvey, een afgestudeerde student van de Universiteit van Michigan en de eerste auteur van een paper dat verschijnt in Wetenschappelijke rapporten . "De systematische datasets kunnen zowel de vrijgavevergelijking van de toestand (EOS) als de thermische geleidbaarheid beperken."

Door de gegevens te vergelijken met simulaties met behulp van vijf bestaande thermische geleidbaarheidsmodellen, het team ontdekte dat slechts twee het eens waren met de gegevens. Het meest gebruikte model in WDM, het Lee-More-model genoemd, was het niet eens met de gegevens. "Ik ben blij te zien dat Purgatorio, een op LLNL gebaseerd model, gaat akkoord met de gegevens, " zei Phil Sterne, LLNL co-auteur en groepsleider van EOS-ontwikkelings- en applicatiegroep in de natuurkundedivisie. "Dit is de eerste keer dat deze thermische geleidbaarheidsmodellen van aluminium zijn getest in het WDM-regime."

"Discrepantie bestaat nog steeds in de vroege tijd tot 15 picoseconden, " zei Elia Kemp, wie verantwoordelijk is voor de simulatie-inspanningen. "Dit is waarschijnlijk te wijten aan niet-evenwichtsomstandigheden, een ander actief onderzoeksgebied in WDM."

Het team wordt geleid door Yuan Ping tijdens haar vroege carrièreproject, gefinancierd door het Department of Energy Office of Fusion Energy Science Early Career Program. "Dit platform kan worden toegepast op veel paren materialen en door verschillende verwarmingsmethoden, waaronder deeltjes- en röntgenverwarming, ' zei Ping.