早在研究人員發(fā)現(xiàn)電子及其在產(chǎn)生電流中的作用之前，他們就了解了電并正在探索它的潛力。他們很早就了解到的一件事是，金屬是電和熱的良好導(dǎo)體。

1853 年，兩位科學(xué)家證明金屬的這兩種令人欽佩的特性在某種程度上是相關(guān)的：在任何給定溫度下，他們測(cè)試的任何金屬的電子傳導(dǎo)率與導(dǎo)熱率之比大致相同。從那時(shí)起，這種所謂的維德曼-弗朗茨定律就一直成立——除了在量子材料中，電子不再表現(xiàn)為單個(gè)粒子，而是聚集在一起形成一種電子湯。實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明，已有 170 年歷史的定律在這些量子材料中失效了，而且失效了相當(dāng)多。

現(xiàn)在， SLAC 國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室、斯坦福大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)的物理學(xué)家提出的理論論證表明，該定律實(shí)際上應(yīng)該大致適用于一種類型的量子材料——氧化銅超導(dǎo)體，或者銅酸鹽，在相對(duì)較高的溫度下導(dǎo)電而不會(huì)損失。

在今天發(fā)表在 《科學(xué)》雜志上的一篇論文中 ，他們提出，如果只考慮銅酸鹽中的電子，維德曼-弗朗茨定律仍然大致成立。他們認(rèn)為，其他因素，例如材料原子晶格的振動(dòng)，必須考慮到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些結(jié)果使得該定律看起來并不適用。

該論文的主要作者、SLAC 斯坦福材料與能源科學(xué)研究所 ( SIMES )的博士生 Wang 表示，這一令人驚訝的結(jié)果對(duì)于理解非常規(guī)超導(dǎo)體和其他量子材料非常重要。

王說：“最初的定律是針對(duì)電子彼此微弱相互作用的材料而制定的，這些材料的行為就像小球一樣，會(huì)從材料晶格的缺陷上彈開。” “我們想在這些事情都不成立的系統(tǒng)中從理論上測(cè)試該定律。”

剝量子洋蔥皮

超導(dǎo)材料于 1911 年被發(fā)現(xiàn)，可以無電阻地傳輸電流。但它們?cè)跇O低的溫度下工作，其用途相當(dāng)有限。

1986 年，情況發(fā)生了變化，當(dāng)時(shí)第一個(gè)所謂的高溫或非常規(guī)超導(dǎo)體——銅酸鹽——被發(fā)現(xiàn)。盡管銅酸鹽仍然需要極冷的條件才能發(fā)揮其魔力，但他們的發(fā)現(xiàn)燃起了人們的希望，即超導(dǎo)體有一天可以在更接近室溫的溫度下工作，從而使無損耗電力線等革命性技術(shù)成為可能。

經(jīng)過近四十年的研究，盡管在理解超導(dǎo)態(tài)存在和不存在的條件方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但這一目標(biāo)仍然難以實(shí)現(xiàn)。

在強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)的幫助下進(jìn)行的理論研究對(duì)于解釋這些材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及理解和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)范圍之外的現(xiàn)象至關(guān)重要。

在這項(xiàng)研究中，SIMES 團(tuán)隊(duì)基于所謂的哈伯德模型進(jìn)行了模擬，該模型已成為模擬和描述電子停止獨(dú)立行動(dòng)并聯(lián)合起來產(chǎn)生意外現(xiàn)象的系統(tǒng)的重要工具。

王說，結(jié)果表明，當(dāng)只考慮電子傳輸時(shí)，電子電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率的比率接近維德曼-弗朗茨定律的預(yù)測(cè)。“因此，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的差異應(yīng)該來自其他因素，例如聲子或晶格振動(dòng)，而這些因素不在哈伯德模型中，”她說。

SIMES 科學(xué)家兼論文合著者布萊恩·莫里茨 (Brian Moritz) 表示，盡管該研究沒有調(diào)查振動(dòng)如何導(dǎo)致差異，但“不知何故，系統(tǒng)仍然知道電子之間的電荷和熱傳輸之間存在這種對(duì)應(yīng)關(guān)系。這是最令人驚訝的結(jié)果。”

他補(bǔ)充道，從這里開始，“也許我們可以剝掉洋蔥，以便了解更多。”

這項(xiàng)研究的主要資金來自科學(xué)辦公室。計(jì)算工作是在斯坦福大學(xué)和國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心的資源上進(jìn)行的，該中心是科學(xué)辦公室的用戶設(shè)施。