Elektriği ileten fakat ısıyı iletmeyen metal bulundu

Science dergisinde yayınlanan araştırmaya göre; elektriği ileten, fakat ısıyı iletmeyen bir metal tanımlandı. Bu bilgi; iletkenlerin nasıl çalıştığına dair olan bilgilerimizi altüst eden fakat bir o kadar da kullanışlı bir buluş olacak gibi görünüyor.

Görünen o ki, bu metal, Wiedemann-Franz yasası ile çelişiyor. Wiedemann-Franz yasasına göre, elektriği iyi ileten metaller, doğru orantılı olarak ısıyı da iyi iletir. Fakat bu durum, metalik vanadyum dioksit (VO2) için geçerli değil. Vanadyum dioksit, 67 °C’de transparan bir yalıtkandan, iletken bir metale dönüşüyor.

Berkeley Laboratuvarı Malzeme Bilimi alanında çalışan araştırmacılardan Junqiao Wu, bu bulgunun tamamen beklenmeyen bir olay olduğunu belirtiyor. Bu buluş, iletkenler ile ilgili bildiklerimizi değiştirmekle kalmıyor, oldukça geniş bir alanda kullanılabilecek bir malzemeyi de gözler önüne seriyor. Örneğin; bu malzeme, motorlardaki atık ısının dönüştürülmesinde ya da binaların kaplanması için üretilen, çok daha nitelikli kaplamaların yapımında kullanılabilir.

Elektriği ısıdan daha iyi ileten diğer malzemelerin varlığı, aslında daha önceleri araştırmacılar tarafından bulunmuştu. Fakat bulunan malzemeler, bu özelliği sıfırın altında birkaç yüz derecede göstermekteydi. Bu sıcaklıklar, gerçek dünya için pratik olmayan uygulamalardır. Fakat vanadyum dioksit, oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda bu özelliği gösterebildiği için, pratikte de oldukça kullanışlı olacağa benziyor.

Bu sıra dışı özellik, vanadyum dioksitin kristal örgüsündeki hareket eden elektronların ve bu elektronların ne kadar ısı ürettiklerinin incelenmesi ile ortaya çıkmıştır. İnceleme sonucunda, vanadyum dioksitteki elektronların ısıl iletkenliğe olan katkısının, Wiedemann-Franz Yasası ile tahmin edilenden 10 kat daha küçük olduğu ortaya çıkmıştır.

Araştırmacılardan Wu’nun açıklamasına göre; bu şaşırtıcı sonuç, elektronların malzeme boyunca yaptıkları senkronize hareketlerden dolayı meydana gelmektedir. Elektronlar, diğer malzemelerde, rastgele ve bireysel olarak hareket ederken bu malzemede, birbirleriyle uyumlu bir biçimde bir akışkan gibi hareket ediyorlar. Rastgele hareketlerde, ısı iletiminin etkili bir biçimde gerçekleşmesinin nedeni çok sayıda mikroskobik şeklin oluşarak bu iletimi kolaylaştırmasıdır. Elektronlar arasında oluşan senkronize hareketler ise, elektronların birbirleri ile daha az etkileşime girmesine neden oluyor ve ısı iletimi çok daha az oluyor.

Ayrıca; vanadyum dioksit ile diğer metaller, örneğin tungsten ile karıştırıldığında, malzemenin hem elektrik hem de ısı iletme özellikleri ayarlanabiliyor. Bu sonuçlar göz önüne alındığında; malzemenin olası uygulamalarının çok kullanışlı olacağı düşünülüyor.

Kaynak
http://www.sciencealert.com/physicists-have-found-a-metal-that-conducts-electricity-but-not-heat