Новый материал нарушает 150-летний физический закон

Нарушение одного из самых старых эмпирических законов физики было продемонстрировано учеными из Бристольского университета. Их эксперименты с пурпурной бронзой, металлом с уникальными линейными электрическими свойствами, идут вразрез с законом Видемана — Франца. Это историческое открытие было опубликовано сегодня в журнале Nature Communications.

В 1853 году два немецких физика, Густав Видеман и Рудольф Франц, изучали теплопроводность (способность системы проводить тепло) некоторых металлов, и обнаружили, что коэффициенты термальной и электрической проводимостей различных металлов при одинаковой температуре коррелировали друг с другом.

Основные принципы, лежащие в основе этого закона, стали понятны только с открытием электрона и развитием квантовой физики в начале двадцатого века. Именно электроны переносят как тепло, так и электричество.

За более чем 150 лет своего существования, закон Видемана — Франца показал свою исключительную надежность - среди тысяч металлов отклонение составляло самое большее 50 процентов.

В 1996 году американский физики К. Кейн и Мэтью Фишер сделали теоретическое предсказание, согласно которому если поместить электроны в индивидуальные атомные цепочки, то закон Видемана — Франца будет нарушен. В такой одномерной системе, электроны разделятся на две части: одни будут обладать спином без заряда (спинионы), а другие зарядом без спина (холоны).

Экспериментальная группа, которую возглавлял профессор Нигель Хусси из Бристольского университета, проверила это предсказание, проведя ряд опытов над материалом под названием пурпурная бронза, содержащем атомные цепочки, вдоль которых перемещаются электроны.

Исследователи обнаружили, что данный материал проводил тепло в 100 000 раз лучше, чем можно было бы ожидать в соответствии с законом Видемана — Франца. Такие необычные свойства позволяют говорить о перспективности данного материала с технологической точки зрения. Кроме того, это яркое нарушение закона Видемана — Франца является сильным аргументом в пользу теории о необычном разделении спина и заряда электрона в одномерном мире.

Оригинал (на англ. языке): Physorg

• Грибы как компьютерные чипы: учёные создают «живую память» из шиитаке
• Учёные создали трёхслойное микрофлюидное устройство для сверхэффективного охлаждения электроники
• Обычный кристалл оказался идеальным материалом для технологий на сверхнизких температурах
• Учёные научились превращать снимки атомно-силового микроскопа в точные 3D-модели движений белков
• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности
• Роботы нового поколения: в Caltech создали систему, которая может ходить, ездить и летать
• Учёные создали 3D-печатные материалы, которые полностью гасят вибрации
• Квантовые кристаллы: как учёные из Оберна открыли путь к новой технологической революции