早在研究人员发现电子及其在产生电流中的作用之前，他们就了解了电并正在探索它的潜力。他们很早就了解到的一件事是，金属是电和热的良好导体。
1853 年，两位科学家证明金属的这两种令人钦佩的特性在某种程度上是相关的：在任何给定温度下，他们测试的任何金属的电子传导率与导热率之比大致相同。从那时起，这种所谓的维德曼-弗朗茨定律就一直成立——除了在量子材料中，电子不再表现为单个粒子，而是聚集在一起形成一种电子汤。实验测量表明，已有 170 年历史的定律在这些量子材料中失效了，而且失效了相当多。
现在， SLAC 国家加速器实验室、斯坦福大学和伊利诺伊大学的物理学家提出的理论论证表明，该定律实际上应该大致适用于一种类型的量子材料——氧化铜超导体，或者铜酸盐，在相对较高的温度下导电而不会损失。
在今天发表在 《科学》杂志上的一篇论文中 ，他们提出，如果只考虑铜酸盐中的电子，维德曼-弗朗茨定律仍然大致成立。他们认为，其他因素，例如材料原子晶格的振动，必须考虑到实验结果，这些结果使得该定律看起来并不适用。
该论文的主要作者、SLAC 斯坦福材料与能源科学研究所 ( SIMES )的博士生 Wang 表示，这一令人惊讶的结果对于理解非常规超导体和其他量子材料非常重要。
王说：“最初的定律是针对电子彼此微弱相互作用的材料而制定的，这些材料的行为就像小球一样，会从材料晶格的缺陷上弹开。” “我们想在这些事情都不成立的系统中从理论上测试该定律。”
剥量子洋葱皮
超导材料于 1911 年被发现，可以无电阻地传输电流。但它们在极低的温度下工作，其用途相当有限。
1986 年，情况发生了变化，当时第一个所谓的高温或非常规超导体——铜酸盐——被发现。尽管铜酸盐仍然需要极冷的条件才能发挥其魔力，但他们的发现燃起了人们的希望，即超导体有一天可以在更接近室温的温度下工作，从而使无损耗电力线等革命性技术成为可能。
经过近四十年的研究，尽管在理解超导态存在和不存在的条件方面已经取得了很大进展，但这一目标仍然难以实现。
在强大的超级计算机的帮助下进行的理论研究对于解释这些材料的实验结果以及理解和预测实验范围之外的现象至关重要。
在这项研究中，SIMES 团队基于所谓的哈伯德模型进行了模拟，该模型已成为模拟和描述电子停止独立行动并联合起来产生意外现象的系统的重要工具。
王说，结果表明，当只考虑电子传输时，电子电导率与热导率的比率接近维德曼-弗朗茨定律的预测。“因此，实验中发现的差异应该来自其他因素，例如声子或晶格振动，而这些因素不在哈伯德模型中，”她说。
SIMES 科学家兼论文合著者布莱恩·莫里茨 (Brian Moritz) 表示，尽管该研究没有调查振动如何导致差异，但“不知何故，系统仍然知道电子之间的电荷和热传输之间存在这种对应关系。这是最令人惊讶的结果。”
他补充道，从这里开始，“也许我们可以剥掉洋葱，以便了解更多。”
这项研究的主要资金来自科学办公室。计算工作是在斯坦福大学和国家能源研究科学计算中心的资源上进行的，该中心是科学办公室的用户设施。
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