Новиот метал што спроведува електрична енергија, но не и топлина

739

Физичарите известуваат дека идентификувале метал што спроведува електрична енергија без да спроведува топлина. Оваа способност е неверојатно корисна и го прекршува досегашно разбирање за тоа како работат спроводниците. Концептот на спроведување електрична енергија без да се спроведе топлина го заобиколува распространетиот закон на Видеман-Франц за спроводници.

Металот металик ванадиум диоксид е противречен на законот на Видеман-Франц, кој во основа вели дека добрите спроводници на електрична енергија исто така претставуваат и добри спроводници на топлина. Кај металот со слободно движечки електрони, топлинската спроводливост и електричната спроводливост се пропорционални во однос на температурата. Ова значи дека топлинската спроводливост е неизбришлив дел кога преку метал се спроведува електрична енергија. Истото тоа може да се забележи кога ќе приклучите електричен уред во струја – кога поминува електричната енергија преку него, уредот се загрева.
Но тим на истражувачи од САД покажа дека ова не е случај за металик ванадиум диоксид ( VO2). материјал што е веќе добро познат по својата чудна можност да се префрли од изолаторот во спроводлив метал на температура од 67 Целзиусови степени.

– Ова беше тотално неочекувано откритие, кое покажува драстично разбирање на законот за конвенционалните спроводници. Ова откритие е од фундаментално значење за разбирање на основното електронско однесување на новите спроводници – вели водечкиот истражувач Јункиро Ву од одделот за науки за материјали на Беркли Лаб за „Сајенс Алер“.

Не само што ова неочекувано својство го менува она што се знаеше досега за спроводниците, тоа својство исто така може да биде неверојатно корисно. Металот еден ден ќе може да ја пренамени потрошената топлина од моторите и апаратите повторно во електрична енергија или дури и да создаде подобри прозорски прекривки што ќе ги одржуваат зградите ладни.
Истражувачите знаат за мал број други материјали што спроведуваат електрична енергија подобро од топлина, но тие ги покажуваат овие својства на температури што се стотици степени под нулата. На овој начин овие материјали се многу непрактични за какви било апликации во реалниот свет. Ванадиум диоксидот, од друга страна, на собна температура и при повисоки температури над собната температура има обично својство на спроводник, што значи дека има можност да биде многу попрактичен во однос на другите материјали.

За да се открие оваа способност, тимот го разгледуваше начинот на кој електроните се движат низ кристалната решетка на ванадиум диоксид, како и колку топлина се создава низ тој процес. Изненадувачки, тие откриле дека топлинската спроводливост што може да им се припише на електроните во материјалот е 10 пати помала од таа сума предвидена со законот на Видеман-Франц. Причината за ова се чини дека е синхронизираниот начин на кој електроните се движат низ материјалот.
– Електроните се движеа симултано едни со други, слично како течност, наместо како поединечни честички како во нормалните метали. Топлината се создава од случајно движење помеѓу електроните. Нормалните метали ја транспортираат топлината ефикасно, затоа што има толку многу различни можни микроскопски конфигурации преку кои поединечните електрони можат да скокаат. Спротивно на тоа, координираното движење е слично на марш, електроните во ванадиум диоксидот, бидејќи има помалку конфигурации на располагање за електроните да скокаат помеѓу нив, не создаваат толку топлина – вели Ву.

Интересно е што кога истражувачите го помешаа ванадиум диоксидот со други материјали, тие можеа да го „приспособат“ количеството електрична енергија и топлина што тој може да го спроведе. Оваа способност би можела да биде неверојатно корисна за идни изуми. На пример, кога истражувачите додале метален волфрам во ванадиум диоксид, тие ја спуштија температурата на комбинираниот материјал и го направија подобар спроводник на топлина. Тоа значи дека ванадиум диоксидот може да помогне во разбивање на топлината од системот, со спроведување топлина само кога ќе се подигне одредена температура. Пред тоа овој материјал има улога на изолатор.