一项新的研究认为，维德曼-弗朗茨定律将电子导电性和热传导性联系在一起，该定律对氧化铜超导体仍然有效。研究表明，量子材料中的差异源于晶格振动等非电子因素。这一发现对于理解非常规超导体具有重要意义，可能会推动该领域的发展。这一令人惊讶的结果对于理解非常规超导体和其他电子聚集在一起集体行动的材料非常重要。

早在研究人员发现电子及其在产生电流中的作用之前，他们就已经了解电，并在探索其潜力。他们很早就了解到，金属是电和热的最佳导体。

1853 年，两位科学家发现，金属的这两种令人赞叹的特性之间存在某种联系： 在任何给定温度下http://www.196nk.cn，他们测试过的任何金属的电子导电率与热导率之比大致相同。这一所谓的维德曼-弗朗茨定律一直沿用至今--除非在量子材料中，电子不再像单个粒子那样活动，而是聚集在一起，形成一种电子汤。实验测量结果表明，这一已有 170 年历史的定律在这些量子材料中被打破了。

图示：强相互作用电子将热量和电荷从量子材料的较热区域带到较冷区域。SLAC、斯坦福大学和伊利诺伊大学的一项理论研究发现，在铜氧化物--像这种电子聚集在一起并协同行动的量子材料--中，热量传输与电荷传输的比例应该与电子作为个体行动的普通金属中的比例相似。这一惊人的结果推翻了已有170年历史的维德曼-弗朗茨定律不适用于量子材料的观点。资料来源：Greg Stewart/SLAC National. 加速器实验室

量子材料的新见解

现在，美国能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学和伊利诺伊大学的物理学家们提出的一个理论论点表明，该定律实际上大致适用于一种量子材料--氧化铜超导体（或称铜酸盐），这种材料在相对较高的温度下导电无损耗。

他们在 11 月 30 日发表在《科学》（Science）杂志上的一篇论文中提出，如果只考虑铜氧化物中的电子，维德曼-弗朗茨定律应该仍然大致成立。他们认为，其他因素，如材料原子晶格中的振动，必须解释为什么实验结果看起来不适用该定律。

了解非常规超导体

论文第一作者、SLAC斯坦福材料与能源科学研究所（SIMES）博士生王文（音译）说，这一令人惊讶的结果对于理解非常规超导体和其他量子材料非常重要。

王文说："最初的定律是针对电子相互作用微弱、表现得像小球一样从材料晶格中的缺陷上弹起的材料提出的。我们想在这两种情况都不存在的系统中对该定律进行理论测试。"

超导材料于 1911 年被发现，它能无阻抗地传输电流。但它们在极低的温度下工作，其用途非常有限。

这种情况在 1986 年发生了改变，当时发现了第一个所谓的高温或非常规超导体系列--铜氧化物。尽管铜酸盐仍然需要在极冷的条件下才能发挥其神奇的作用，但它们的发现给人们带来了希望，即超导体有朝一日可以在更接近室温的条件下工作，从而使无损耗电力线等革命性技术成为可能。

经过近四十年的研究，这一目标仍然遥不可及，尽管在了解超导态进进出出的条件方面已经取得了很大进展。

理论研究和哈伯德模型的作用

借助功能强大的超级计算机进行的理论研究对于解释这些材料的实验结果以及理解和预测实验无法实现的现象至关重要。

在这项研究中，SIMES 团队根据所谓的哈伯德模型进行了模拟，该模型已成为模拟和描述电子停止独立作用并联合起来产生意想不到现象的系统的重要工具。

结果表明，如果只考虑电子传输，电子导电率与热传导率之比就会接近维德曼-弗朗茨定律的预测值，因此，实验中出现的差异应该来自其他方面，比如声子或晶格振动，而这些www.196nk.cn并不在哈伯德模型中。

未来研究方向

SIMES的科学家和论文共同作者布莱恩-莫里茨（Brian Moritz）说，虽然这项研究没有调查振动是如何导致差异的，但"不知何故，系统仍然知道电子间的电荷和热传输之http://www.196nk.cn间存在这种对应关系。这是最令人惊讶的结果"。

参考文献196世界之最《没有准粒子的掺杂莫特绝缘体中的维德曼-弗朗兹定律》，作者：王文澳、丁继勋、Yoni Schattner、Edwin W. Huang、Brian Moritz 和 Thomas P. Devereaux，2023 年 11 月 30 日，《科学》。

DOI: 10.1126/science.ade32eSjsSK32

编译来源:scitechdaily