在绝对零几度的温度下,材料的导热率与其电导率的比率应与其温度成正比。这一原理被称为维德曼-弗朗茨定律,于 1853 年首次提出,但随着我们对凝聚态物理理解的加深,其范围进行了修改,使其仅适用于相同的准粒子负责携带热量和电荷的情况。在电子相互作用非常强烈的量子材料中,它不应该成立。
或者说人们是这么想的。领导的理论家 王文 的 美国能源部的 SLAC国家加速器实验室 和 斯坦福大学 现在发现,在一种类型的量子材料中应该继续遵守该定律:氧化铜(铜酸盐)超导体。这些材料被称为非常规超导体,与传统材料相比,它们在相对较高的温度下可以无电阻地导电。这一发现意味着物理学家在预测这些所谓的强相关材料中的电子应如何表现时,不必求助于涉及准粒子或玻尔兹曼方程的过于简单化和概念上有问题的假设。
将费米子建模为在固定位点之间跳跃的电子
在他们的研究中,Wang 及其同事将行列式量子蒙特卡罗 (DQMC) 算法与称为最大熵分析延拓的技术相结合,并将其应用于铜酸盐材料的哈伯德模型。该模型将电子表示为费米子,它们在晶格上的固定位点之间跳跃,并在占据相同晶格位点时相互作用。它广泛用于模拟和描述电子彼此相互作用而不是作为独立实体表现的系统,并且它与将电子定义为不同准粒子的替代玻尔兹曼框架形成对比。
非常规超导体比预期的还要奇怪
物理学家发现,如果仅考虑电子传输,铜酸盐的洛伦兹数(热导率与电导率除以温度的比率)接近维德曼-弗朗茨定律预测的值。研究小组认为,哈伯德模型中未包含的其他因素,例如晶格振动(或声子),可能是导致在强相关材料的实验中观察到的差异的原因,这些差异使得该定律看起来似乎并不适用。他们的结果可以帮助物理学家解释这些实验观察结果,并最终可以更好地理解强相关系统如何在数据处理和量子计算等应用中使用。
该团队现在计划在这一结果的基础上探索其他传输通道,例如热霍尔效应。 “这将加深我们对强相关材料中的输运理论的理解,”王说 物理世界.
本研究发表于 科学.
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