Međunarodni tim znanstvenika sa sveučilišta Berkeley, došao je do otkrića materijala koji pokazuje važna svojstva, suprotna zakonu “Wiedemann – Franz”.
U tom se zakonu određuje odnos termalne i električne provodljivosti vodiča, i njegove temperature.
Materijal Vanadij-dioksid, po tim nalazima, može provoditi električnu struju bez da provodi toplinu. Nalaz objavljen 27. siječnja u časopisu “Science”, mogao bi dovesti do široke primjene u raznim područjima, na primjer za razvoj uređaja koji bi “otpadnu toplinu”, nastalu drugim procesima, pretvarali u električnu energiju.
Wiedemann – Franzov zakon, pojednostavljeno, govori da su dobri provodnici električne struje i dobri provodnici topline, što za vanadij-dioksid ne vrijedi. Već primijećen kao neobičan materijal, vanadij-dioksid je bio otprije poznat kao materijal neobične sposobnosti da se od izolatora pretvori u vodič, na temperaturi od 67 stupnjeva celzijusa.
Objašnjenje za koje je potrebno poznavanje srednjoškolske kemije, u članku na newscentru Berkeley laobratorija, pruža Junqiao Wu, fizičar i profesor s poznatog sveučilišta.
“Elektroni su se (u promatranom materijalu) kretali unisono jedan s drugim, kao fluid, umjesto da se individualne čestice kreću kao u normalnom metalu. Toplinska pobuđenost znači kaotično kretanje elektrona. Normalni metali uspješno prenose toplinu zato što postoji toliko mnogo različitih elektronskih konfiguracija po kojima može ‘skakati’ svaki pojedini elektron, čime prenosi toplinsku pobuđenost. Suprotno tome, koordinirani pokreti slični marširanju, smanjuju prijenos topline, kao da postoji sve manje raspoloživih konfiguracija po kojima elektroni mogu ‘skakati’ ”.
Provodljivošću topline i električne struje se u spomenutom materijalu može i upravljati, miješajući ga s drugim metalima. U istraživanju su primjese tungstena promijenile temperaturu na kojoj vanadij-dioksid pokazuje svojstva metala, a istovremeno su elektroni pokazivali bolju provodljivost topline. Tako su istraživači bili u prilici, na različitim temperaturama, kontrolirati količinu provedene topline, promjenom stanja materijala iz stanja metala u stanje izolatora, i obratno.
Vanadij-dioksid ima i dodatno korisno svojstvo da je proziran ispod otprilike 30 stupnjeva celzijusa, a da upija infracrveno svjetlo (tj. toplinu) iznad 60 stupnjeva celzijusa.
Istraživač i koautor studije Fan Yang je naglasio da, uz ove nalaze, treba odgovoriti i na druga pitanja, prije nego materijal uđe u komercijalnu primjenu, iako je ova studija pokazala da raspolaže s “egzotičnim električnim i termalnim svojstvima”.
Izvori: Newscenter.lbl.gov | Sciencemat.org