Regelbrytande egenskap hos vanadindioxid kan leda till tillämpningar inom termoelektricitet och fönsterbeläggningar.
Vanadindioxid är en känd regelbrytare och en internationell forskningsgrupp har nu upptäckt att elektroner i det okonventionella materialet kan leda elektricitet utan att leda värme.
För de flesta metaller styrs förhållandet mellan elektrisk ledningsförmåga och värmeledningsförmåga av Wiedemann-Franz lag, som säger att de om de har god elektrisk ledningsförmåga även leder värme bra. Det stämmer emellertid inte för vanadindioxid, som sedan tidigare är känt för att ha den ovanliga förmågan att förvandlas från en isolator till en metall vid temperaturer över 67 grader Celsius.
- Detta var en helt oväntad upptäckt. Den visar en drastisk kollaps av en lärobokslag som vi känt till att den är robust för konventionella ledare. Upptäckten är av fundamental betydelse för att förstå det grundläggande elektronbeteendet hos nya ledare, berättar Junqiao Wu vid Lawrence Berkeley National Laboratory och University of California i USA.
Den nya forskningen visar att värmeledningsförmågan hos elektronerna i vanadindioxid i metallform är tio gånger lägre än vad Wiedemann-Franz lag förutspår.
- Elektronerna rörde sig i samklang med varandra, ungefär som i en vätska, istället för att röra sig som individuella partiklar, som i normala metaller. Normala metaller transporterar värme effektivt eftersom det finns så många olika möjliga mikroskopiska konfigurationer för de enskilda elektronerna att hoppa mellan. Den koordinerade rörelsen hos elektronerna i vanadindioxid motverkar däremot värmeöverföring eftersom det finns färre tillgängliga konfigurationer för elektronerna att slumpmässigt hoppa mellan, förklarar Junqiao Wu.
Forskarna upptäckte dessutom att den mängd elektricitet och värme som vanadindioxid kan leda kan justeras genom att blanda vanadindioxid med andra material. Detta betyder enligt forskarna att materialet kan användas för att hjälpa till att ta tillvara på eller leda bort värmen i motorer eller utnyttjas i fönsterbeläggningar som gör att energi kan användas mer effektivt i byggnader.
