Физики из США и Бразилии измерили коэффициент Нернста в квазиодномерном металле Li0,9Mo6O17 и получили неожиданно высокий результат, близкий к рекордным величинам.

Коэффициент Нернста ν определяет амплитуду одноимённого эффекта, который наблюдается при воздействии на проводящий образец магнитного поля и градиента температуры, приложенных в перпендикулярных направлениях. Если градиент ориентирован, скажем, по оси x, а магнитное поле — по z, то вдоль оси y будет создаваться электрическое поле c напряжённостью, выражаемой через ν, магнитную индукцию Bz и меру пространственного изменения температуры dT/dx. Учёные хотят приспособить проводники с большим коэффициентом Нернста (самые высокие значения ν, отметим, были зафиксированы у висмута и графита) для криогенного охлаждения, однако поиски таких материалов, готовых к практическому использованию, результатов пока не принесли.

Структура Li0,9Mo6O17 (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Первые образцы квазиодномерного Li0,9Mo6O17, который оказался сверхпроводником с критической температурой, примерно равной 2 К, были синтезированы в восьмидесятых годах прошлого века. Совсем недавно этот материал обнаружил другое интересное свойство — способность к нарушению закона Видемана — Франца.

Новые опыты проводились на кристаллах Li0,9Mo6O17 размером в 0,05–0,15 мм (по обозначенной на рисунке выше оси a) и 0,5–2 мм (в плоскости b–c). Результаты измерений для одного из кристаллов — отношение величины ν к температуре — приведены ниже. Магнитное поле физики ориентировали вдоль a, а градиент температуры — по осям b (в этом случае определялся коэффициент νcb) или c(νbc).

Результаты измерений νcb/Т и νbc/Т. Данные по висмуту (сплошная чёрная и пунктирная синяя кривые) взяты из двух разных источников. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

Легко заметить, что соотношение ν/Т, измеренное у квазиодномерных образцов, вполне сравнимо с показателями висмута и графита. При этом у двух последних материалов и многих других металлов величина ν/Т задаётся отношением подвижности носителей заряда к температуре Ферми 283μ/ТF, тогда как у Li0,9Mo6O17, соответствующая которому кривая 283μ/ТF также отмечена на рисунке, экспериментальные значения на порядки превосходят оценочные. Следовательно, большой вклад в коэффициент Нернста, наблюдаемый в квазиодномерном металле, вносит так называемое фононное увлечение — эффект, обусловленный взаимодействием носителей заряда с неравновесным фононным газом. Суть явления состоит в том, что фононы из возникающего в проводнике с градиентом температуры потока, направленного от «горячего» конца к «холодному», передают электронам часть своего квазиимпульса, увлекая их за собой.