布里斯托尔的物理学家打破了150年的法律

原始1853年论文中的装置,其中首次建立了Wiedemann-Franz法
    (PhysOrg.com) – 布里斯托大学的科学家们观察到了违反最古老的物理经验法则之一。他们对紫铜(一种具有独特一维电子特性的金属)的实验表明它打破了Wiedemann-Franz定律。今天在Nature Communications上发表的一篇论文中描述了这一历史性发现。
                                
                                       
         
        
        
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      1853年,两位德国物理学家古斯塔夫·维德曼(Gustav Wiedemann)和鲁道夫·弗兰兹(Rudolf Franz)研究了许多元素金属的导热系数(衡量系统传热能力的指标),发现导热系数与导电率的比值大致相同。在相同温度下的不同金属。
然而,直到二十世纪初电子的发现和量子物理学的出现,这种经验观察的起源才变得清晰。电子具有旋转和电荷。当它们穿过金属时,由于移动电荷,它们会产生电流。此外,移动的电子也通过金属传递热量,但现在它通过电荷和旋转。因此,移动的电子必须携带热量和电荷:这就是为什么比率不随金属变化的原因。
在过去的150多年里,Wiedemann-Franz定律非常稳健,在所研究的数千种金属系统中,该比率最多变化约50%。
1996年,美国物理学家C. L. Kane和Matthew Fisher做出了一个理论预测,即如果将电子限制在单个原子链上,Wiedemann-Franz定律就会受到严重侵犯。在这个一维世界中,电子分裂成两个不同的分量或激发,一个携带自旋但不带电荷(自旋),另一个携带电荷但不旋转(完整子)。当完整子遇到原子链中的杂质时,它别无选择,只能反射它的运动。另一方面,旋节能够穿过杂质然后沿着链继续。这意味着热量很容易沿着链条传导,但电荷却没有。这导致违反Wiedemann-Franz定律,该定律随着温度的降低而增长。
由布里斯托大学相关电子系统小组的Nigel Hussey教授领导的实验小组在紫色青铜材料上测试了这一预测,该材料包含电子喜欢沿着原子链行进的原子链。
值得注意的是,研究人员发现,如果它像其他金属一样遵守Wiedemann-Franz定律,那么材料的热传导比预期的好10万倍。从技术角度来看,这种化合物的这种显着的传导能力不仅具有潜力,这种前所未有的违反Wiedemann-Franz定律的证据为一维世界中电子的自旋和电荷的这种不寻常的分离提供了明显的证据。
Hussey教授说:“人们可以在基板上创建纯粹的一维原子链,或像石墨烯那样独立的二维片材,但在三维复杂的固体中,各个原子链之间总会存在一些残余耦合。在复合体内,允许电子在三维空间中移动。
“然而,在这种紫青铜中,自然界密谋将这种耦合限制到这样的程度,即电子被有效地限制在单个链中,从而在三维复合体内形成一维世界。现在的目标是找到一种方法,例如,使用压力或化学替代,增加电子在相邻链之间跳跃的能力,并研究自旋和电荷状态的演变,因为三维世界在内部恢复该材料。”
                                                                
                                        
                                        进一步探索:
                                        实验证明了原子链锚的存在性
                                                                                                        
                                        更多信息:
                                        尼古拉斯在“准一维指挥家中严重违反维德曼 – 弗兰兹定律”

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