Forskere viser, at en gammel lov stadig gælder for skæve kvantematerialer

I verden af ​​skæve kvantematerialer har videnskabsmænd observeret en gammel lov, der stadig gælder. Loven, kendt som "Wiedemann-Franz-loven", siger, at for metaller ved lave temperaturer er deres varmeledningsevne proportional med deres elektriske ledningsevne. Det betyder, at materialer, der er gode til at lede varme, også er gode til at lede strøm.

Dette forhold mellem termisk og elektrisk ledningsevne har været kendt i over et århundrede og blev oprindeligt anset for at være en grundlæggende egenskab ved metaller. Men i de senere år har forskere opdaget materialer kendt som "topologiske halvmetaller", der synes at bryde denne regel. Topologiske halvmetaller er materialer, der har en unik elektronisk struktur, der gør det muligt for dem at lede elektricitet uden at lede varme eller omvendt.

Disse materialer har fascineret videnskabsmænd og har været genstand for intens forskning i de senere år, da de rummer potentiale for anvendelser inden for elektronik og andre teknologier. Forskere har forsøgt at forstå de grundlæggende principper, der styrer topologiske halvmetallers adfærd, herunder hvordan deres termiske og elektriske transportegenskaber hænger sammen.

For at kaste lys over dette emne udførte et hold af internationale forskere ledet af forskere fra University of Tokyo og University of Basel et eksperiment for at måle de termiske og elektriske ledningsevner af et topologisk semimetall kendt som wolfram ditellurid. De brugte en avanceret teknik kaldet "time-domain thermoreflectance technique" til at måle de termiske egenskaber, hvilket gjorde det muligt for dem at måle utrolig hurtige varmetransportprocesser i materialet.

Resultaterne af eksperimentet viste, at wolframditellurid faktisk udviser et Wiedemann-Franz lovlignende forhold mellem dets termiske og elektriske ledningsevner, men med en usædvanlig modifikation. Forskerne fandt ud af, at selvom det overordnede forhold holder, er der også et ekstra udtryk, der bidrager til den termiske ledningsevne. Dette udtryk, som er unikt for topologiske halvmetaller, opstår på grund af disse materialers usædvanlige elektroniske egenskaber og kan være nøglen til at forstå deres adfærd.

Resultaterne af denne undersøgelse hjælper med at forbedre vores forståelse af topologiske halvmetallers adfærd og bringe os et skridt tættere på at afsløre hemmelighederne bag disse fascinerende materialer. Fremtidig forskning vil dykke dybere ned i dette uventede bidrag og vil undersøge, hvordan disse materialer kan bruges i applikationer, hvor deres usædvanlige egenskaber kan udnyttes.