【正見新聞網2017年02月05日】
違反導體最基本的定律之一。
研究人員確認出一種金屬能夠導電而不導熱，一種非常有用的特性但違反我們目前對導體是如何運作的理解。
這種金屬與所謂的維德曼-夫蘭茲定律(Wiedemann-Franz Law)牴觸，這個基本上敘述好的導電體也會相對應地是好的導熱體，這就是為什麼像馬達和電器這類的東西在經常使用時會變熱。
但對於金屬二氧化釩(vanadium dioxide，VO2)來說，美國的一個研究小組證明不是這麼一回事。這種材料已經被很清楚地知道它的奇特能力，在攝氏67度(華氏152度)，從透明絕緣體轉變成導電金屬。
來自柏克萊實驗室材料科學部的首席研究員吳軍橋(Junqiao Wu)說：“這是一個完全出乎意料的發現。”
“它顯示出一個教科書定律的嚴重崩潰，已知這個定律對於傳統的導體是很吻合的。這項發現對於了解新導體的基本電子行為是相當重要的。”
這種意料之外的特性不只改變了我們對導體的了解，而且也是非常的有用。這種金屬可能有一天被用來把引擎和電器的廢熱轉回電力，甚至創造出更好的窗戶覆蓋物，來維持建築物的涼爽。
研究人員已經知道少數其他材料的導電性優於導熱性，但只能在零下數百度的溫度出現這些特性，使得它們對於任何真實世界的應用都是高度不切實際。
另一方面，二氧化釩通常只在溫度更高於室溫下成為導體，意味著它有能力更為實用。
為了揭露這個奇特的新特性，研究小組詳細觀察電子在二氧化釩晶格中移動的方式，以及產生多少熱量。
令人驚訝的是，他們發現由材料中的電子所造成的導熱性，比維德曼-夫蘭茲定律所預測的量小10倍。
對於造成這種現象的原因，看起來好像是電子移動通過材料的同步方式。
吳說：“電子彼此一致地移動，很像是液體，而不像是一般金屬中的個別粒子。”
“對於電子來說，熱是一種隨機運動。一般金屬能有效地導熱是因為有多不同的可能微觀結構，能夠讓個別的電子在這些結構間跳躍。”
他補充：“相較之下，二氧化釩中有協調性的、像齊步行進團的電子運動，對熱傳遞是不利的，因為幾乎沒有可用的結構讓電子在其間隨機的跳躍。”
有趣的是，當研究人員把二氧化釩與其他材料混合在一起時，他們能夠’調整’導電和導熱的量，這對於未來的應用是非常的有用。
例如，當研究人員把金屬鎢加到二氧化釩時，降低了材料變成金屬的溫度，還造成它成為更好的導熱體。
這意味著二氧化釩有助於一個系統的散熱，藉由在達到特定溫度時只傳導熱量。在此之前，它是一個絕緣體。
二氧化釩還具有在大約攝氏30度(華氏86度)變成透明的獨特能力，但隨後反射高於攝氏60度(華氏140度)的紅外光，同時維持對可見光透明。
因此這意味著它甚至可以被用來作為降低溫度的窗戶塗層，而不需要空調。
研究人員之一的Fan Yang說：“這種材料可以被用來協助穩定溫度。”
“透過調整導熱性，這種材料可以在炎熱的夏天有效且自動地散熱，因為它具有高導熱性。但在寒冷的冬天則防止熱散失，因為在較低溫下的低導熱性。”
在進一步商業化之前，需要對這種謎樣的材料進行更多的研究。但令人非常興奮的是，我們現在知道這些怪異的特性存在於室溫下的材料。
這項研究發表於科學(Science)期刊。