In de wereld van eigenzinnige kwantummaterialen hebben wetenschappers ontdekt dat een oude wet nog steeds geldt. De wet, bekend als de 'wet van Wiedemann-Franz', stelt dat voor metalen bij lage temperaturen hun thermische geleidbaarheid evenredig is aan hun elektrische geleidbaarheid. Dit betekent dat materialen die goed zijn in het geleiden van warmte ook goed zijn in het geleiden van elektriciteit.

Deze relatie tussen thermische en elektrische geleidbaarheid is al meer dan een eeuw bekend en aanvankelijk werd gedacht dat het een fundamentele eigenschap van metalen was. De afgelopen jaren hebben wetenschappers echter materialen ontdekt die bekend staan ​​als 'topologische halfmetalen' en die deze regel lijken te overtreden. Topologische halfmetalen zijn materialen met een unieke elektronische structuur waardoor ze elektriciteit kunnen geleiden zonder warmte te geleiden of omgekeerd.

Deze materialen hebben wetenschappers geïntrigeerd en zijn de afgelopen jaren het onderwerp geweest van intensief onderzoek, omdat ze potentieel bieden voor toepassingen in de elektronica en andere technologieën. Wetenschappers hebben geprobeerd de fundamentele principes te begrijpen die het gedrag van topologische halfmetalen bepalen, inclusief hoe hun thermische en elektrische transporteigenschappen met elkaar in verband staan.

Om licht te werpen op dit onderwerp heeft een team van internationale onderzoekers onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Tokio en de Universiteit van Bazel een experiment uitgevoerd om de thermische en elektrische geleidbaarheid te meten van een topologisch halfmetaal dat bekend staat als wolfraamditelluride. Ze gebruikten een geavanceerde techniek genaamd de ‘time-domain thermoreflectance techniek’ om de thermische eigenschappen te meten, waardoor ze ongelooflijk snelle warmtetransportprocessen in het materiaal konden meten.

De resultaten van het experiment toonden aan dat wolfraamditelluride inderdaad een relatie vertoont die lijkt op de Wiedemann-Franz-wet tussen zijn thermische en elektrische geleidbaarheid, maar met een ongebruikelijke wijziging. De onderzoekers ontdekten dat hoewel het algemene verband standhoudt, er ook een extra term is die bijdraagt ​​aan de thermische geleidbaarheid. Deze term, uniek voor topologische halfmetalen, ontstaat vanwege de ongebruikelijke elektronische eigenschappen van deze materialen en kan de sleutel zijn tot het begrijpen van hun gedrag.

De bevindingen van deze studie helpen ons begrip van het gedrag van topologische halfmetalen te verbeteren en brengen ons een stap dichter bij het onthullen van de geheimen van deze fascinerende materialen. Toekomstig onderzoek zal dieper ingaan op deze onverwachte bijdrage en onderzoeken hoe deze materialen kunnen worden gebruikt in toepassingen waarbij hun ongebruikelijke eigenschappen kunnen worden benut.