محققان موفق به كشف فلزي شدند كه با وجود اين‌كه رساناي جريان الكتريسيته است، جريان حرارتي را از خود عبور نمي‌دهد. اين خاصيت عجيب در درك رفتار رساناها بسيار مفيد است.

در واقع، عملكرد اين فلز با قانون ويدمان-فرانتس تناقض دارد. بنا بر اين قانون، يك رساناي خوب جريان الكتريسيته، گرما را هم به‌خوبي از خود عبور مي‌دهد. به همين دليل وسايل برقي و لوازم خانگي در حين استفاده‌ي مكرر داغ مي‌شوند.

با اين حال، اين تيم پژوهشي در ايالات متحده به اين نتيجه رسيده‌ است كه فلز كشف‌شده كه همان دي‌اكسيد واناديوم (VO₂) است، از چنين روندي پيروي نمي‌كند. VO₂ ماده‌اي است كه تا قبل از دماي ۶۷ درجه‌ي سانتي‌گراد عايق است؛ اما پس از آن خاصيت رسانايي پيدا مي‌كند.

جانكيو وو، سرپرست اين تيم تحقيقاتي در آزمايشگاه علوم مواد بركلي مي‌گويد:

اين يافته كاملا غير منتظره بود. در واقع، اين كشف باعث شكست يكي از قوانين كتاب‌هاي درسي شد كه در مورد رساناهاي معمول صدق مي‌كرد. ضمن اين‌كه از اهميت اساسي براي درك رفتار عمومي رساناهاي جديد برخوردار است.

محققان موفق به كشف فلزي شدند كه با وجود اين‌كه رساناي جريان الكتريسيته است، جريان حرارتي را از خود عبور نمي‌دهد. اين خاصيت عجيب در درك رفتار رساناها بسيار مفيد است.

در واقع، عملكرد اين فلز با قانون ويدمان-فرانتس تناقض دارد. بنا بر اين قانون، يك رساناي خوب جريان الكتريسيته، گرما را هم به‌خوبي از خود عبور مي‌دهد. به همين دليل وسايل برقي و لوازم خانگي در حين استفاده‌ي مكرر داغ مي‌شوند.

با اين حال، اين تيم پژوهشي در ايالات متحده به اين نتيجه رسيده‌ است كه فلز كشف‌شده كه همان دي‌اكسيد واناديوم (VO₂) است، از چنين روندي پيروي نمي‌كند. VO₂ ماده‌اي است كه تا قبل از دماي ۶۷ درجه‌ي سانتي‌گراد عايق است؛ اما پس از آن خاصيت رسانايي پيدا مي‌كند.

جانكيو وو، سرپرست اين تيم تحقيقاتي در آزمايشگاه علوم مواد بركلي مي‌گويد:

اين يافته كاملا غير منتظره بود. در واقع، اين كشف باعث شكست يكي از قوانين كتاب‌هاي درسي شد كه در مورد رساناهاي معمول صدق مي‌كرد. ضمن اين‌كه از اهميت اساسي براي درك رفتار عمومي رساناهاي جديد برخوردار است.

اين نتيجه‌ي غافلگيركننده، نه‌تنها شناخت ما نسبت به رسانا‌ها را تغيير مي‌دهد؛ بلكه مي‌تواند كاربردهاي فوق‌العاده‌اي داشته باشد. چنين فلزي اين قابليت را دارد كه گرماي اتلافي موتورها و لوازم برقي را به الكتريسيته تبديل كند يا در صنعت ساختمان باعث خنك كردن محيط داخل شود.

در حال حاضر، محققان تعداد انگشت‌شماري ماده‌ي ديگر را مي‌شناسند كه جريان الكتريسيته را بهتر از جريان حرارتي عبور مي‌دهند؛ اما همين مواد هم چنين خاصيتي را در چند درجه زير دماي صفر از خود نشان مي‌دهند كه در شرايط واقعي رسيدن به آن عملي نيست.

از سوي ديگر دي‌اكسيد واناديوم رسانايي است كه در دماهاي بالاتر از دماي اتاق چنين خاصيتي از خود نشان مي‌دهد كه اين امر استفاده از آن را عملي‌تر كرده است.

كشف اين ويژگي عجيب و غريب، در حالي صورت گرفت كه تيم تحقيقاتي سعي داشت الكترون‌ها را در شبكه‌ي كريستالي دي‌اكسيد واناديوم عبور دهد تا مقدار گرماي توليدي توسط آن‌ها را تعيين كند.

در كمال تعجب، آن‌ها دريافتند كه هدايت حرارتي ناشي از حركت الكترون‌ها ۱۰ برابر كوچك‌تر از مقدار پيش‌بيني‌شده توسط قانون ويدمان-فرانتس بود. به نظر مي‌رسد دليل اين امر حركت هماهنگ الكترون‌ها در درون ساختار اين مواد باشد.

وو در اين خصوص مي‌گويد:

 الكترون‌هايي كه هماهنگ با همديگر حركت مي‌كردند، بيشتر از اين‌كه مانند ذرات جدا از هم در يك فلز عادي باشند، شبيه يك سيال به نظر مي‌رسيدند. در مورد الكترون‌ها، گرماي توليدشده ناشي از حركت‌هاي تصادفي آن‌ها است. در خصوص عبور الكترون‌ها از فلزات معمول، گرما به شكل مؤثرتري منتقل مي‌شود؛ چرا كه وجود ساختارهاي ميكروسكوپي مختلف باعث مي‌شود الكترون‌هاي منفرد در بين آن‌ها پرش كنند. در صورتي كه در فلزي مثل دي‌اكسيد واناديوم، ساختارهاي كمتري براي حركت تصادفي الكترون‌ها وجود دارد.

جالب است كه وقتي محققان دي‌اكسيد واناديوم را با مواد ديگر مخلوط مي‌كنند، مي‌توانند ميزان الكتريسيته و گرما را تنظيم كنند كه اين امر در عملي كردن برنامه‌هاي آينده، فوق‌العاده مفيد و كاربردي است.

به‌عنوان مثال، زماني كه محققان تنگستن را به دي‌اكسيد واناديوم اضافه كردند، دماي تبديل ماده به فلز كاهش پيدا كرد و همين امر باعث شد رسانايي حرارتي، بهتر عمل كند.

اين بدان معنا است كه دي‌اكسيد واناديوم مي‌تواند به پراكنده كردن گرما از سيستم كمك كند و گرما را در يك دماي خاص هدايت كند. به‌طوري كه قبل از اين دما، ماده حالت عايق دارد.

علاوه بر اين، دي‌اكسيد واناديوم اين قابليت را دارد كه تا دماي ۳۰ درجه سانتي‌گراد شفاف باشد؛ اما پس از رسيدن به دماي ۶۰ درجه سانتي‌گراد، نور مادون قرمز را منعكس مي‌كند.

به همين دليل، مي‌توان از آن به‌عنوان پوشش پنجره استفاده كرد تا بدون نياز به دستگاه تهويه‌ي مطبوع، درجه حرارت محيط را كاهش دهد. 

يكي از محققان اين پژوهش به نام فن يانگ مي‌گويد:

اين ماده مي‌تواند در جهت برقراري ثبات دمايي مفيد باشد. در واقع با تنظيم هدايت حرارتي اين ماده مي‌توان در تابستان گرماي محيط را پراكنده كرد و از هواي خنك بهره‌مند شد و در زمستان هم از اتلاف گرما به دليل هدايت حرارتي كم آن جلوگيري كرد.

براي تجاري‌سازي كاربردهاي اين ماده هنوز به تحقيقات بيشتري نياز است؛ با اين حال دانستن اين موضوع كه امكان وجود چنين خواصي براي يك ماده در دماي اتاق امكان‌پذير است، هيجان‌انگيز خواهد بود.