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Sostanza metallica che non conduce calore quando passa una corrente elettrica

29.12.2019

I ricercatori dell'American National Laboratory di Berkeley hanno scoperto una nuova sostanza che, essendo allo stato metallico, conduce bene l'elettricità, essendo, allo stesso tempo, un isolante termico. Questa caratteristica di questo materiale può essere molto utile in alcune aree, tuttavia, fondamentalmente infrange tutti i principi stabiliti e la comprensione di come funzionano i conduttori elettrici.

Le proprietà di una sostanza scoperta nel 2017 violano la legge Wiedemann-Franz, secondo la quale la conducibilità termica di un materiale conduttivo è proporzionale alla sua conduttività elettrica. È in conformità con questa legge che oggetti come riscaldatori elettrici, elettromagneti e motori elettrici diventano caldi e persino caldi durante il loro utilizzo.

La sostanza rilevata è il biossido di vanadio (VO2), un materiale che in condizioni normali è un dielettrico trasparente. Ma quando la temperatura supera i 67 gradi Celsius, questo materiale passa in una fase conduttiva metallica. "Le proprietà insolite del biossido di vanadio distruggono tutta la nostra comprensione derivata dai libri di testo di fisica", scrivono i ricercatori. "Questa scoperta è di grande importanza per comprendere il comportamento degli elettroni in alcuni materiali".

Per capire da dove provengono tali bizzarre proprietà nel biossido di vanadio (conduttività termica, che è 10 volte inferiore al valore determinato dalla legge di Wiedemann-Franz), gli scienziati hanno studiato come si muovono gli elettroni nel reticolo cristallino di questo materiale. E la ragione di ciò era l'insolita sincronizzazione del movimento di tutti gli elettroni. "Gli elettroni all'interno di questo materiale si muovono tutti insieme come un flusso di fluido e non come particelle separate, come nel caso di altre sostanze metalliche", scrivono i ricercatori di altri materiali".

Nella loro ricerca, gli scienziati hanno iniziato a introdurre vari additivi nel biossido di vanadio e vedere come ciò avrebbe influenzato le proprietà del materiale. L'aggiunta di tungsteno ha permesso di abbassare la temperatura di transizione del materiale allo stato metallico e di aumentarne la conducibilità termica. Ciò consentirà, ad esempio, di creare elementi di raffreddamento che inizieranno a funzionare solo quando la temperatura dell'oggetto raffreddato supera una certa soglia.

Il nuovo materiale ha un'altra proprietà unica: in condizioni normali, questo materiale è trasparente in tutte le gamme di luce, ma a temperature superiori a 60 gradi Celsius, inizia a riflettere la luce infrarossa, rimanendo trasparente alla luce visibile. Grazie a queste proprietà, il biossido di vanadio con alcuni additivi può essere utilizzato come rivestimento per finestre "intelligenti" in grado di abbassare la temperatura in una stanza senza bisogno di aria condizionata.

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Notizie casuali dall'Archivio

L'oro cambia il bagliore dei punti quantici di silicio 16.04.2018

Un team internazionale di scienziati ha condotto uno studio e ha dimostrato sperimentalmente che l'oro cambia il bagliore dei punti quantici di silicio.

Inizialmente, in teoria, gli esperti hanno convinto il pubblico di questo postulato, ma poi sono passati dalle parole ai fatti. Secondo gli esperti, i punti quantici di silicio possono essere utilizzati con successo nella biologia cellulare e nel trattamento di vari disturbi, poiché penetrano nelle cellule e si illuminano. Gli ingegneri possono creare dispositivi basati su di essi in grado di rilevare la presenza della malattia nei pazienti in una fase iniziale. Di conseguenza, la mortalità diminuirà, poiché una diagnosi tempestiva garantirà il trattamento corretto.

I cristalli di silicio possono essere utilizzati nelle celle solari e le rendono molto più efficienti. In questo caso, le persone non dovrebbero utilizzare componenti pericolosi come arsenico e piombo in questi dispositivi. Quando l'oro interagisce con i punti quantici di silicio, si forma un polaritone e le proprietà ottiche di quest'ultimo cambiano.

Secondo gli scienziati, il metallo prezioso consente di controllare gli spettri di assorbimento ed emissione e crea anche l'elettrodo necessario. Grazie a ciò, i punti quantici possono essere utilizzati con successo nelle celle solari.

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