ABD’deki Berkeley Laboratuvarı Malzeme Bilimi alanında çalışan araştırmacılar bir metalin iletim sırasında ısınmaksızın elektrik iletimini gerçekleştirdiğini buldular. Isıyı iletmeyen iletken bir metalin bulunması iletkenlerin nasıl çalıştığına dair bugünkü anlayışımızla çelişen ama inanılmaz kullanışlı bir özellik gibi görünüyor.
Fizikte Wiedemann-Franz yasası bir metalin termal iletkenliğinin elektronik katkısının elektriksel iletkenliğine oranı sıcaklıkla orantılı olduğunu söyler. Böylece elektriği iyi ileten metallerin ısıyı da doğru orantılı olarak iyi ilettiği bu yasa ile açıklanır. Görünen o ki, metalik vanadyum dioksit (VO2) için durum böyle değil. Bu beklenmedik sonuç araştırmacıların vanadyum dioksit kristal örgüsündeki hareket eden elektronları ve onların ne kadar ısı ürettiklerini incelemeleriyle ortaya çıktı. Araştırmacılar bu malzemedeki elektronların termal iletkenliğine katkısının Wiedemann-Franz yasası ile öngörülen miktardan 10 kat daha küçük olduğunu buldular.
Bu alışılmadık sonucun altında yatan sebep ise elektronların malzeme boyunca yaptığı harekettir. Çünkü elektronlar diğer normal metallerde olduğu gibi bireysel parçacıklar gibi değil de daha çok bir akışkan gibi birbiriyle uyumlu hareket ediyorlar. Bu senkronize hareket elektronların daha az etkileşmeye girmesiyle ısı aktarımının önüne geçiyor.
Vanadyum oksit oda sıcaklından daha yüksek sıcaklıklarda iletken olduğu için ısıdan ziyade elektriği daha iyi iletmesi sayesinde birçok uygulama alanı bulabilir. Halihazırda ısı yerine elektriği daha iyi ileten malzemeler olmasına karşın bu malzemelerin bu özelliklere sıfırın altındaki birkaç yüz derecede sahip olmalarından dolayı yeterince kullanışlı değiller.
Üstelik vanadyum oksitle tungsten metali karıştırıldığında malzemenin hem elektrik hem de ısı iletme miktarı ayarlanabiliyor. Bu da gelecek uygulamaları için oldukça kullanışlı malzeme özelliklerine sahip olduğunu gösteriyor.
Vanadyum oksit malzemesinin bu alışılmadık özelliğine ait çalışmanın detayları Science dergisinde yayınlandı.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
http://newscenter.lbl.gov/2017/01/26/electricity-not-heat-flows-in-vanadium-dioxide/
http://www.sciencealert.com/physicists-have-found-a-metal-that-conducts-electricity-but-not-heat
Takipte Kal, Facebook (Kuark.Org)
Twitter (NetBilim)
*Image Credit: Junqiao Wu/Berkeley Lab
