I fysikens värld finns det vissa lagar och principer som anses vara grundläggande, som formar vår förståelse av hur universum fungerar. Bland dessa finns Wiedemann-Franz-lagen, som relaterar metallers termiska och elektriska ledningsförmåga. Denna lag, som först föreslogs på 1800-talet, har studerats och verifierats i olika material. Emellertid har dess tillämpbarhet i vissa okonventionella material, såsom kvantmaterial, förblivit en öppen fråga.

En nyligen genomförd studie utförd av ett team av forskare från University of Maryland och National Institute of Standards and Technology (NIST) har belyst denna fråga. Teamet undersökte flera udda kvantmaterial, kända som topologiska halvmetaller, för att avgöra om Wiedemann-Franz-lagen stämde i dessa system.

Topologiska halvmetaller är en klass av material som uppvisar anmärkningsvärda elektroniska egenskaper, såsom närvaron av topologiska yttillstånd och möjligheten att realisera exotiska kvantfenomen. På grund av deras unika egenskaper var det oklart om fysikens konventionella lagar, såsom Wiedemann-Franz-lagen, skulle gälla för dessa material.

För att ta itu med denna fråga utförde forskargruppen detaljerade mätningar av den termiska och elektriska ledningsförmågan hos olika topologiska halvmetaller, inklusive volframditellurid (WTe2), niobiumarsenid (NbAs) och tantalarsenid (TaAs). Deras resultat avslöjade att, trots den okonventionella naturen hos dessa material, gäller Wiedemann-Franz-lagen verkligen för topologiska halvmetaller.

Denna observation tyder på att Wiedemann-Franz-lagen har ett bredare tillämpningsområde än tidigare trott, och sträcker sig till även exotiska kvantmaterial. Konsistensen i detta grundläggande förhållande framhäver universaliteten hos vissa fysiska lagar, oavsett materialets underliggande komplexitet.

Dessutom ger studien värdefulla insikter om de grundläggande egenskaperna hos topologiska halvmetaller. Genom att fastställa giltigheten av Wiedemann-Franz-lagen i dessa material får forskare ytterligare information om deras elektroniska struktur, laddningstransportmekanismer och termiska transportegenskaper. Denna kunskap kan vara avgörande för utveckling och optimering av enheter baserade på topologiska halvmetaller, som har lovande potential för framtida teknologier.

Sammanfattningsvis visar forskargruppens resultat att Wiedemann-Franz-lagen inte är begränsad till konventionella metaller utan även gäller för udda kvantmaterial som topologiska halvmetaller. Denna observation understryker universaliteten hos vissa fysiska lagar, ger en djupare förståelse för de grundläggande egenskaperna hos dessa okonventionella material och banar väg för deras potentiella tekniska tillämpningar.