Международная команда специалистов, возглавляемая сотрудниками Национальной лаборатории Лоуренса и Калифорнийского университета в Беркли, добилась, чтобы электроны в диоксиде ванадия передавали ток, но не тепло.

Исследование, опубликованное в Science, может использоваться в различных сферах, вроде термоэлектрических систем, преобразующих излишки тепла от оборудования в электричество.

Отношение тепло- и электропроводности металлов обычно управляется законом Видемана-Франца. То есть, величины прямо пропорциональны. Это не относится к оксиду ванадия. Материал умеет переключаться между изолятором и металлом при нагреве до 67°С.

«Наше открытие оказалось абсолютно неожиданным, — сказал старший исследователь, профессор Джунцяо Ву. – Оно позволит понять основы электронного поведения инновационных проводников».

Используя результаты симуляций и рентгеновского рассеяния, исследователи смогли повлиять на долю теплопроводности, относящуюся к вибрации кристаллической решетки (фононам) и движению электронов. Неожиданно оказалось, что ее величина в последнем случае 10 раз меньше, чем ожидалось по закону Видемана-Франца.

«Электроны двигались в потоке, как жидкость, а не по отдельности, как в нормальных металлах, — сказал Ву. – Такое направленное перемещение ведет к снижению передачи теплоты, так как уменьшается число возможных случайных конфигураций частиц».

Тепло- и электропроводность диоксида ванадия можно менять за счет смешивания с другими материалами. Так, покрытие одного кристалла вольфрамом позволило уменьшить температуру, необходимую для перехода материала в металлическую фазу.