Yüzyıllardır Doğrulanan Fizik Yasasının İhlali

Bir metalin ısı iletkenliğini elektrik iletkenliğine oranladığımızda, sonuç Lorenz sayısı denen bir sabit sayı ile metalin sıcaklığının çarpımına eşit çıkıyor. Bu deneysel gözlem 1800’lü yıllardan beri değişik metaller kullanılarak tekrarlanmış ve hep aynı sonuç bulunmuş. 

Wiedemann-Franz yasası olarak bilinen yasanın temeli 20. Yüzyılda elektronun keşfine ve kuantum fiziğinin gelişimine kadar anlaşılamamış. Elektron 1,6 × 10-19 Coulomb’luk elektriksel yüke ve kuantum mekaniksel bir özellik olan spine sahip. Artık hem ısı hem de elektrik iletiminin elektronun metal içindeki hareketinden doğduğunu biliyoruz. Elektrik iletimi elektronun elektriksel yükünün hareketinden doğarken, ısı iletimi hem yükün hem de spinin hareketinden kaynaklanıyor.

Ancak 1950’lerde Joaquin Mazdak Luttinger ve Sin-Itiro Tomonaga bir boyutla sınırlanmış elektron hareketinin Wiedemann-Franz yasasını ihlal edeceğini

kuramsal olarak öngördüler. Kurama göre hareketi tek boyutla sınırlanan elektronun spini ve yükü birbirinden bağımsız hareket ediyor, sadece spin taşıyan (spinon) ve sadece elektrik yükü taşıyan (holon) iki bileşene ayrılıyor. Spinon tek boyutlu atom zinciri boyunca rahatça ilerlerken, atomlardan kolayca yansıması nedeniyle holonun hareketi engelleniyor. Bu da elektrik iletiminin yavaşlaması, ısı iletiminin ise hızlanmasıyla sonuçlandığı için Wiedemann-Franz yasası ihlal edilmişoluyor. Elektron hareketi substratlar üzerinde oluşturulan tek boyutlu atom zincirleri boyunca ya da iki boyutlu grafen yüzeyde sağlanmaya çalışılsa da atomlar arası etkileşimler sebebiyle hiçbir zaman tam olarak tek boyuta indirgenememiş.

 Bristol Üniversitesi’nden Nigel Hussey ve ekibi mor bronz (Li0.9Mo6O17 ) üzerindeki elektron hareketinin, sıcaklık arttıkça Wiedemann-Franz yasasından sapma gösterdiğini gözlemişler. 19 Temmuz 2011 tarihli Nature dergisinde yayımladıkları sonuca göre ısı iletkenliği elektrik iletkenliğinden 100.000 kat daha fazla hale gelmiş. Bu ise Li0.9Mo6O17 atom diziliminin bir şekilde elektronun tek boyutta hareketine olanak sağladığını gösteriyor. Ekibin şimdiki hedefi elektronun tek boyutta hareket kabiliyetini artırarak spin ve yük durumlarını incelemek. Bu tür çalışmalar ısı iletiminin mümkün en yüksek seviyeye çıkarıldığı malzemelerin geliştirilmesi açısından önem arz ediyor.

Kaynak: http://www.biltek.tubitak.gov.tr/haberler/fizik/s525_8.pdf 
                                                                                                           
                                                                                                                     SİNAN ÖZEN 10/A