Сверххолодный литий нарушает законы физики
Фото: ETH Zurich / Esslinger group
Идеи

Сверххолодный литий нарушает законы физики

В исследовании, посвященном взаимодействию теплопроводности и электрической проводимости газа, физики Высшей технической школы Цюриха обнаружили необычное поведение атомов, нарушающее закон Видемана - Франца - одну из вершин теории свободных электронов.

Известно, что металлы хорошо проводят и тепло, и электричество. Оба вида проводимости возникают из-за потока «свободных» электронов, которые двигаются как газ сквозь металл. Но когда фермионные носители заряда, такие как электроны, взаимодействуют друг с другом, могут возникнуть неожиданные феномены. Один из них швейцарские физики описали в статье журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

В металлах связь тепловой и электрической проводимости описана законом Видемана — Франца, который был впервые сформулирован в 1953 году. В современной трактовке он утверждает, что при фиксированной температуре соотношение коэффициента теплопроводности к удельной электропроводности будет постоянным. Универсальность этого закона, однако, нарушается, когда носители взаимодействуют друг с другом.

Доминик Хусманн, Лаура Корман и их коллеги изучили этот феномен, получив контроль над всеми важными параметрами. Благодаря этому они смогли во всех подробностях рассмотреть перенос тепла и частиц, пишет EurekAlert.

Носителем заряда в их эксперименте стали атомы лития, охлажденные до температуры ниже микрокельвина и пойманные лучом лазера. Несколько сотен тысяч таких атомов были помещены в два отдельных сосуда, которые нагревали таким образом, чтобы возникла разница температур. Как только это произошло, ученые открыли между ними квантовый точечный контакт. Такой механизм обеспечил чистоту эксперимента.

Определив коэффициент термальной и электрической проводимости в этой системе, физики обнаружили, что она на порядок ниже предписанного законом Видемана — Франца. Такое отклонение указывает на разделение переноса тепла и частиц.

В итоге система развилась до такой степени, что токи тепла и электричества исчезли задолго до того, как было достигнуто равновесие между двумя сосудами.

Созданная учеными платформа для экспериментов поможет в изучении новых термоэлектрических устройств, таких как кулеры и двигатели, основанные на превращении разницы температур в электрический ток и наоборот.

Кристаллы арсенида бора, в три раза превосходящие аналоги по показателю теплопроводности, синтезировали ученые США. Добиться таких результатов им позволила оптимизация процесса выращивания этого искусственного материала.