Bij temperaturen binnen een paar graden van het absolute nulpunt moet de verhouding tussen de thermische geleidbaarheid en de elektrische geleidbaarheid van een materiaal evenredig zijn aan de temperatuur. Dit principe, bekend als de wet van Wiedemann-Franz, werd voor het eerst geformuleerd in 1853, maar naarmate ons begrip van de fysica van de gecondenseerde materie groeide, werd de reikwijdte ervan gewijzigd, zodat het alleen van toepassing is als dezelfde quasideeltjes verantwoordelijk zijn voor het transporteren van zowel warmte als lading. In kwantummaterialen waar elektronen zeer sterk op elkaar inwerken, zou dit niet moeten standhouden.

Of dat werd tenminste gedacht. Theoretici onder leiding van Wen Wang van de Het Amerikaanse ministerie van Energie SLAC National Accelerator Laboratory en Stanford University hebben nu ontdekt dat de wet moet worden nageleefd binnen één type kwantummateriaal: de supergeleiders van koperoxide (cupraat). Deze materialen staan ​​bekend als onconventionele supergeleiders en geleiden elektriciteit zonder weerstand bij relatief hoge temperaturen in vergelijking met hun conventionele tegenhangers. De bevinding betekent dat natuurkundigen geen toevlucht hoeven te nemen tot al te eenvoudige en conceptueel problematische aannames met betrekking tot quasideeltjes of Boltzmann-vergelijkingen bij het voorspellen hoe elektronen in deze zogenaamde sterk gecorreleerde materialen zich zouden moeten gedragen.

Modellering van fermionen als elektronen die tussen vaste locaties springen

In hun onderzoek combineerden Wang en collega's een determinant quantum Monte Carlo (DQMC) -algoritme met een techniek genaamd maximale entropie-analytische voortzetting en pasten deze toe op een Hubbard-model van een cuprate-materiaal. Dit model vertegenwoordigt elektronen als fermionen die tussen vaste locaties op een rooster springen en met elkaar interageren wanneer ze dezelfde roosterlocatie bezetten. Het wordt op grote schaal gebruikt voor het simuleren en beschrijven van systemen waarin elektronen met elkaar interageren in plaats van zich als onafhankelijke entiteiten te gedragen, en het staat in contrast met het alternatieve Boltzmann-raamwerk dat elektronen definieert als afzonderlijke quasideeltjes.

De natuurkundigen ontdekten dat als alleen rekening wordt gehouden met het elektronentransport, het Lorenzgetal van de cuprates – hun verhouding tussen thermische geleidbaarheid en elektrische geleidbaarheid gedeeld door temperatuur – de waarde benadert die wordt voorspeld door de wet van Wiedemann-Franz. Het team suggereert dat andere factoren, zoals roostertrillingen (of fononen), die niet zijn opgenomen in het Hubbard-model, verantwoordelijk kunnen zijn voor discrepanties die worden waargenomen in experimenten met sterk gecorreleerde materialen, waardoor het lijkt alsof de wet niet van toepassing is. Hun resultaten zouden natuurkundigen kunnen helpen deze experimentele waarnemingen te interpreteren en uiteindelijk kunnen leiden tot een beter begrip van hoe sterk gecorreleerde systemen kunnen worden gebruikt in toepassingen zoals gegevensverwerking en kwantumcomputers.

Het team is nu van plan om voort te bouwen op het resultaat door andere transportkanalen te onderzoeken, zoals thermische Hall-effecten. “Dit zal ons begrip van transporttheorieën in sterk gecorreleerde materialen verdiepen”, vertelt Wang Natuurkunde wereld.

De huidige studie is gepubliceerd in Wetenschap.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/170-year-old-physical-law-unexpectedly-holds-true-in-high-temperature-superconductors/