絶対零度から数度以内の温度では、材料の熱伝導率と電気伝導率の比は温度に比例するはずです。ヴィーデマン・フランツの法則として知られるこの原理は、1853 年に初めて定式化されましたが、凝縮物物理学の理解が深まるにつれて、その範囲は修正され、同じ準粒子が熱と電荷の両方を運ぶ役割を担っている場合にのみ適用されるようになりました。電子が非常に強く相互作用する量子材料では、それは成り立たないはずです。

あるいはそう思われていた。理論家が率いる 温王 米国エネルギー省の SLAC国立加速器研究所 & スタンフォード大学 彼らは、この法則が 1 種類の量子材料、つまり酸化銅 (銅酸化物) 超伝導体内で引き続き従わなければならないことを発見しました。これらの材料は非従来型超電導体として知られており、従来の超電導体と比較して比較的高温でも抵抗なく電気を伝導します。この発見は、物理学者がこれらのいわゆる強相関物質中の電子がどのように振る舞うべきかを予測する際に、準粒子やボルツマン方程式を含む過度に単純化され概念的に問題のある仮定に頼る必要がなくなることを意味する。

フェルミオンを固定サイト間を飛び回る電子としてモデル化する

Wangらは研究の中で、決定量子モンテカルロ（DQMC）アルゴリズムと最大エントロピー解析継続と呼ばれる手法を組み合わせ、それを銅酸化物材料のハバードモデルに適用した。このモデルは、電子を格子上の固定サイト間を飛び回り、同じ格子サイトを占有するときに相互に相互作用するフェルミ粒子として表します。これは、電子が独立した実体として動作するのではなく、互いに相互作用するシステムのシミュレーションと記述に広く採用されており、電子を別個の準粒子として定義する代替のボルツマン フレームワークとは対照的です。

物理学者らは、電子輸送のみを考慮すると、銅酸化物のローレンツ数（熱伝導率と電気伝導率の比を温度で割ったもの）が、ヴィーデマン・フランツの法則で予測される値に近づくことを発見した。研究チームは、ハバードモデルには含まれていない格子振動（またはフォノン）などの他の要因が、あたかも法則が適用されないかのように見える強相関材料の実験で観察される矛盾の原因である可能性があると示唆している。彼らの結果は、物理学者がこれらの実験観察を解釈するのに役立ち、最終的には強相関システムがデータ処理や量子コンピューティングなどのアプリケーションでどのように使用されるかについてのより良い理解につながる可能性があります。

研究チームは現在、熱ホール効果などの他の輸送チャネルを調査することで、その結果をさらに発展させることを計画しています。 「これにより、相関の強い物質における輸送理論の理解が深まるでしょう」とワン氏は語ります。 物理学の世界.

本研究は、 科学.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/170-year-old-physical-law-unexpectedly-holds-true-in-high-temperature-superconductors/