Fizikantët kanë identifikuar një metal që përcjell energjinë elektrike por jo nxehtësinë


Studiuesit kanë identifikuar një metal që Transmeton energjinë elektrike pa përcjellë nxehtësi, një veçori tepër e dobishme që kundërshton fuqishëm të kuptuarit tonë aktual se si funksionojnë përçuesit.
Metali, i gjetur në vitin 2017, bie ndesh me diçka të quajtur Ligji Wiedemann-Franz, i cili në thelb thotë se përçuesit e mirë të energjisë elektrike, gjithashtu do të jenë përçues proporcionalisht të mirë të nxehtësisë, kjo është arsyeja se pse gjërat si motorët dhe pajisjet nxehen aq shumë kur i përdorni rregullisht.
Por një ekip në SH.B.A. tregoi se nuk kemi të bëjmë me dioksidin metalik vanadium (VO 2) – një material që tashmë njihet mirë për aftësinë e tij të çuditshme, për të kaluar nga një izolues primar në një metal përçues në temperaturën prej 67 gradë Celsius.
“Kjo ishte një gjetje krejtësisht e papritur,” tha studiuesi kryesor, Junqiao Wu, nga Divizioni i Shkencave të Materialeve të Berkeley Lab.
Jo vetëm që ky zbulim i papritur ndryshon atë që dimë për përçuesit, por gjithashtu mund të jetë tepër i dobishëm. Metali një ditë mund të përdoret për të kthyer përsëri në energji elektrike, nxehtësinë e shpenzuar nga motorët dhe pajisjet. Gjithashtu nga ky metal të krijohet mbulesa më të mira të dritareve për të mbajtur konstante temperaturën.
Studiuesit zotërojnë dijeni për një pjesë të vogël të materialeve që kryejnë përçimin e energjisë elektrike më mirë se nxehtësinë, por ato janë të dedikuara për temperatura qindra gradë nën zero, gjë që i bën ata ekstremisht jopraktikë, për çdo përdorim të botës reale.
Dioksidi i Vanadiumit, zakonisht është vetëm një përcjellës në temperatura të ngrohta, shumë mbi temperaturën e dhomës, që do të thotë se ka aftësinë të jetë shumë më praktik. Për të zbuluar këtë veçori të çuditshme, ekipi shikoi mënyrën se si elektronët lëvizin brenda rrjetës kristalore të diadiumit të vanadiumit, si dhe sa nxehtësi prodhohej. Çuditërisht, ata zbuluan se përçueshmëria termike që mund t’u atribuohej elektroneve në material ishte 10 herë më e vogël, se ajo sasi e parashikuar nga Ligji Wiedemann-Franz.
Arsyeja për këtë duket të jetë mënyra e sinkronizuar që elektronet lëvizin nëpër material. Elektronet lëviznin në unison me njëri-tjetrin, më shumë si një lëng, në vend të grimcave individuale, si në metalet normale,” tha Wu. “Për elektronet, nxehtësia është një lëvizje e rastësishme. Metalet normale transportojnë nxehtësinë në mënyrë efikase, sepse ekzistojnë aq shumë konfigurime të ndryshme mikroskopike të mundshme, sa elektronet individuale mund të hidhen midis tyre.”
“Në të kundërt, lëvizja e koordinuar, e ngjashme me bandën, e elektroneve në dioksidin vanadium është e dëmshme për transferimin e nxehtësisë, pasi ka më pak konfigurime të disponueshme që elektronet të zhvendosen në mënyrë të rastësishme në qendër,” shtoi ai.
Ishte interesante, kur studiuesit përzierën dioksidin e vanadiumit me materiale të tjera, ata mund të ‘akordojnë’ sasinë e energjisë elektrike dhe nxehtësisë, që mund të kryejë, e cila ka gjas të jetë tepër e dobishme për aplikimet e ardhshme.
Për shembull, kur studiuesit shtuan tungstenin metalik në dioksidin e vanadiumit, ata ulën temperaturën në të cilën materiali u bë metalik, dhe gjithashtu e bëri atë një përçues të nxehtësisë më të mirë. Kjo do të thotë që dioksidi i vanadiumit mund të ndihmojë në shpërndarjen e nxehtësisë nga një sistem, duke kryer nxehtësi vetëm kur godet një temperaturë të caktuar. Para kësaj do të ishte një izolant i mirë.
Dioksidi i Vanadiumit gjithashtu ka aftësinë unike të të qenit transparent deri në rreth 30 gradë Celsius, por më pas pasqyron dritën infra të kuqe mbi 60 gradë Celsius, ndërsa mbetet transparent për dritën e dukshme. Pra, kjo do të thotë se mund të përdoret madje si një shtresë në dritare, e cila do të bënte të mundur uljen temperaturës së nxehtë brenda, pa pasur nevojë për ajër të kondicionuar.
“Ky material mund të përdoret masivisht për të ndihmuar në stabilizimin e temperaturës,” tha një nga studiuesit, Fan Yang. “Duke akorduar përçueshmërinë e tij termike, materiali mund të shpërndajë në mënyrë efikase dhe automatike nxehtësinë në verën e nxehtë, sepse do të ketë përçueshmëri të lartë termike, por parandalon humbjen e nxehtësisë në dimrin e ftohtë, për shkak të përçueshmërisë së saj të ulët termike në temperatura më të ulëta.”
Duhet të bëhen shumë më tepër hulumtime në lidhje me këtë material të çuditshëm, përpara se të komercializohet më tej, por është shumë emocionuese që ne e dimë që këto veçori të çuditshme ekzistojnë në një material në temperaturën e dhomës.

Fiona Macdonald
Përgatit: Albert Vataj