Fizikçiler ısı iletmeyen ama elektrik ileten bir metal buldu.
Araştırmacılar, ısı iletmeden elektrik ileten bir metal tespit ettiler. İletkenlerin nasıl çalıştığı konusundaki anlayışımıza meydan okuyan inanılmaz faydalı bir özellik
Metal, Wiedemann-Franz Yasası ile çelişir; elektrik iletkenlerinin orantılı olarak iyi iletken iletkenleri olacağı açıktır; bu nedenle motorlar ve aletler gibi şeyleri düzenli olarak kullandığınızda çok sıcak olurlar.
Fakat ABD’li bir ekip, metalik vanadyum dioksit (VO2) için böyle bir şey olmadığını gösterdi; bu malzeme, 67 °C (152 derece Fahrenheit) sıcaklıktaki bir izolasyon izolatöründen iletken bir metale geçme kabiliyeti gösteriyor.
Berkeley Lab Malzeme Bilimleri Bölümü’nden Baş Araştırmacı Junqiao Wu, “Bu tamamen beklenmedik bir bulguydu” dedi.
“Bu, geleneksel iletkenler için sağlam olduğu bilinen bir ders kitabı yasasının sert bir dökümünü gösteriyor ki, bu keşif, yeni iletkenlerin temel elektronik davranışlarını anlamak için çok önemli.”
Bu beklenmedik durum, iletkenler hakkında bildiklerimizi değiştirmekle kalmaz, aynı zamanda inanılmaz derecede faydalı olabilir. Metal, bir gün, boşa harcanan ısıyı motorlara ve elektrikli cihazlara geri döndürmek için, hatta binaları serinleten daha iyi pencere kaplamaları oluşturmak için kullanılabilir.
Araştırmacılar elektriği ısıdan daha iyi yapan bir avuç malzeme hakkında zaten bilgi sahibidirler; ancak bu özellikleri yalnızca sıfırın altındaki yüzlerce derece sıcaklıklarda görüntülerler ve bu da onları gerçek dünya uygulamalarında son derece pratik kılmaktadır.
Vanadyum dioksit, diğer yandan, genellikle sıcaklığın, oda sıcaklığının çok üstünde bir iletken olduğundan, daha pratik olma özelliğine sahiptir.
Bu tuhaf yeni özelliğin ortaya çıkması için ekip, elektronların vanadyum dioksit kristal kafes içinde hareket etme biçiminden çok, ne kadar ısı üretildiğine baktı.
Şaşırtıcı bir şekilde, materyaldeki elektronlara dayandırılabilir olan ısıl iletkenliğin, Wiedemann-Franz Yasası tarafından öngörülen miktardan 10 kat daha küçük olduğunu bulmuşlardı.
Bunun nedeni, elektronların materyal boyunca hareket etmesinin senkronize bir yolu olduğu görülüyor.
Wu, “Elektronlar, normal metallerde olduğu gibi bireysel parçacıklar yerine akışkan gibi birbirleriyle birleşti” dedi.
“Elektronlar için ısı rasgele bir harekettir. Normal metallerde ısı verimli bir şekilde taşınır, çünkü tek tek elektronların atlayabileceği pek çok olası mikroskopik konfigürasyon vardır”
“Buna karşın, vanadyum dioksidin elektronların koordine edilmiş, marching-band benzeri hareketi, elektronların rastgele atlamaları için daha az konfigürasyon olduğundan, ısı iletimi için de zararlıdır” diye ekledi.
İlginçtir ki, araştırmacılar vanadyum dioksiti diğer maddelerle karıştırdığında, gelecekteki uygulamalar için inanılmaz faydalı olabilecek, hem elektrik hem de ısı miktarını ayarlayabiliyorlardı.
Örneğin, araştırmacılar metal tungsteni vanadyum dioksit üzerine eklediklerinde, malzemenin metalik hale geldiği sıcaklığı düşürdüler ve daha iyi bir ısı iletkene dönüştürdüler.
Bu, vanadyum dioksitin, bir ısınmayı belirli bir sıcaklığa ulaştığında sadece ısı iletmek suretiyle bir sistemden atmasına yardımcı olabileceği anlamına gelir. Daha önce bu sadece, bir izolatör olurdu.
Vanadyum dioksit aynı zamanda 30 santigrat dereceye (86 Fahrenheit derece) kadar şeffaf olma özelliğine sahiptir, ancak sonrasında görünür ışığa karşı şeffaf kalırken, kızılötesi ışığı 60 derece santigrat dereceye (140 Fahrenheit derece) yansıtır.
Bu, klima gerektirmeden sıcaklığı düşüren, bir pencere kaplaması olarak bile kullanılabileceği anlamına gelir.
Fan Yang “Araştırmacılardan biri, bu malzeme sıcaklığın dengelenmesine yardımcı olmak için kullanılabilir” dedi.
“Isı iletkenliğini ayarlayarak, malzeme yüksek ısı iletkenliğine sahip olacağından sıcaklığı verimli ve otomatik olarak sıcak yazda dağıtabilir, ancak düşük sıcaklıklarda düşük termal iletkenliği nedeniyle soğuk kışın ısı kaybını önler”.
Bu şaşırtıcı materyalin daha fazla ticarileştirilmeden önce çok daha fazla araştırma yapılması gerekiyor, ancak bu tuhaf özelliklerin oda sıcaklığında bir materyalde olduğunu bildiğimiz için oldukça heyecanlıyız.
