Физики из США и Бразилии измерили коэффициент Нернста в квазиодномерном металле Li_0,9Mo₆O₁₇ 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.

Рис. 1. Структура Li_0,9Mo₆O₁₇ (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Первые образцы квазиодномерного Li_0,9Mo₆O₁₇, 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 Li_0,9Mo₆O₁₇ 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).

Рис. 2. 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 Li_0,9Mo₆O₁₇, 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.

Результаты исследований опубликованы в статье:

J. L. Cohn, B. D. White, C. A. M. dos Santos, and J. J. Neumeier Giant Nernst Effect and Bipolarity in the Quasi-One-Dimensional Metal Li_0.9Mo₆O₁₇. – Phys. Rev. Lett. – 108. – 056604 (2012) [5 pages].