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

I fysikkens verden er der visse love og principper, der anses for at være fundamentale, der former vores forståelse af, hvordan universet fungerer. Blandt disse er Wiedemann-Franz-loven, som vedrører metallers termiske og elektriske ledningsevne. Denne lov, først foreslået i det 19. århundrede, er blevet grundigt undersøgt og verificeret i forskellige materialer. Imidlertid har dets anvendelighed i visse ukonventionelle materialer, såsom kvantematerialer, forblevet et åbent spørgsmål.

En nylig undersøgelse udført af et team af forskere fra University of Maryland og National Institute of Standards and Technology (NIST) har kastet lys over dette spørgsmål. Holdet undersøgte flere skæve kvantematerialer, kendt som topologiske halvmetaller, for at afgøre, om Wiedemann-Franz-loven holdt stik i disse systemer.

Topologiske halvmetaller er en klasse af materialer, der udviser bemærkelsesværdige elektroniske egenskaber, såsom tilstedeværelsen af ​​topologiske overfladetilstande og muligheden for at realisere eksotiske kvantefænomener. På grund af deres unikke egenskaber var det uklart, om fysikkens konventionelle love, såsom Wiedemann-Franz-loven, ville gælde for disse materialer.

For at løse dette spørgsmål udførte forskerholdet detaljerede målinger af den termiske og elektriske ledningsevne af forskellige topologiske halvmetaller, herunder wolframditellurid (WTe2), niobiumarsenid (NbAs) og tantalarsenid (TaAs). Deres resultater afslørede, at på trods af disse materialers ukonventionelle natur, gælder Wiedemann-Franz-loven faktisk for topologiske halvmetaller.

Denne observation antyder, at Wiedemann-Franz-loven har et bredere anvendelsesområde end tidligere antaget, og strækker sig til selv eksotiske kvantematerialer. Konsistensen af ​​dette grundlæggende forhold fremhæver universaliteten af ​​visse fysiske love, uanset materialets underliggende kompleksitet.

Desuden giver undersøgelsen værdifuld indsigt i topologiske halvmetallers grundlæggende egenskaber. Ved at fastslå gyldigheden af ​​Wiedemann-Franz-loven i disse materialer får forskere yderligere information om deres elektroniske struktur, ladningstransportmekanismer og termiske transportegenskaber. Denne viden kan være afgørende for udvikling og optimering af enheder baseret på topologiske halvmetaller, som har et lovende potentiale for fremtidige teknologier.

Sammenfattende viser forskerholdets resultater, at Wiedemann-Franz-loven ikke er begrænset til konventionelle metaller, men også gælder for skæve kvantematerialer såsom topologiske halvmetaller. Denne observation understreger universaliteten af ​​visse fysiske love, der giver en dybere forståelse af de grundlæggende egenskaber af disse ukonventionelle materialer og baner vejen for deres potentielle teknologiske anvendelser.