La relación de conductividad térmica a carga de diferentes materiales es la relación de la temperatura en el cero absoluto. Este fenómeno se conoce como ley de Wiedemann-Franz.
Esta llamada ley de Wiedemann-Franz es válida, excepto en materiales cuánticos, donde los electrones se agrupan en un enjambre de electrones en lugar de actuar como partículas individuales. Según observaciones experimentales, en estos materiales cuantitativos existe una desviación significativa de la ley de 170 años.
Según un argumento teórico presentado por físicos de la Universidad de Stanford, la Universidad de Illinois y el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía, la ley debería aplicarse aproximadamente a una clase especial de materiales cuánticos: los superconductores de óxido de cobre, o cupratos, que conducen la electricidad. . se ejecutan. sin perder nada a una temperatura relativamente alta.
Un trabajo reciente sugiere que la regla de Wiedemann-Franz debería seguir siendo aproximadamente válida si nos fijamos exclusivamente en los electrones. Sugieren que otras variables, como las vibraciones en la red atómica del material, pueden explicar resultados experimentales que rompen la regla.
Según Wen Wang, autor principal del artículo y Ph.D. Candidato en el Instituto Stanford de Ciencias de Materiales y Energía (SIMES) en SLAC, este hallazgo inesperado es importante para nuestro conocimiento de otros materiales cuánticos y superconductores no convencionales.
Wang dijo, «La ley original fue desarrollada para materiales donde los electrones interactúan débilmente entre sí y se comportan como pequeñas bolas que rebotan en los defectos de la red del material. Queríamos probar la ley teóricamente en un sistema donde ninguna de las dos cosas era cierta.
Para este estudio, los científicos crearon simulaciones basadas en el modelo de Hubbard. El modelo de Hubbard es ahora una herramienta importante para modelar y describir sistemas donde los electrones dejan de actuar de forma independiente y actúan juntos para producir fenómenos sorprendentes.
Los resultados muestran que las relaciones de conductividad eléctrica y térmica se acercan a las predicciones de la ley de Weidemann-Franz cuando se considera el transporte de electrones como el único factor.
Wang dijo, «Por lo tanto, las contradicciones observadas en los experimentos deben provenir de otros objetos como los fonones o vibraciones reticulares, que no están presentes en el modelo de Hubbard».
dijo Brian Moritz, científico del SIMES y coautor del artículo. «Aunque el estudio no investigó cómo las vibraciones causan las diferencias, de alguna manera el sistema todavía conoce esta correspondencia entre la carga y el transporte de calor entre los electrones. Este fue el resultado más sorprendente.
«A partir de aquí, tal vez podamos pelar la cebolla para entender más».
Referencia de la revista:
- Wen Wang, Jackson Ding, Yuni Shatner, etc. Ley de Wiedemann-Franz en aisladores de Mott dopados sin cuasipartículas. ciencia DOI: 10.1126/ciencia.ade3232
