Seltsamer Leiter transportiert viel Strom, aber fast keine Wärme

Selbst bei relativ bekannten Materialien lassen sich zuweilen über­ra­schen­de Entdeckungen machen. So fanden Physiker jetzt eine verbreitete Ver­bin­dung bei der sich die Leitfähigkeit von elektrischem Strom steigert, ohne dass auch Wärme mittransportiert würde. Bisher ging man eigentlich von einer allgemeinen Wirksamkeit des Wiedemann-Franzschen Gesetzes aus. Dieses besagt im Grunde, dass eine bessere elektrische Leitfähigkeit auch mit einer steigenden Wärmeleitung einhergeht. Immerhin transportieren die Ladungsträger auch einen wesentlichen Teil der Wärme durch das Material. Die Eigenschaften von Vanadiumdioxid weichen davon aber beträchtlich ab.

Vanadiumdioxid ist ohnehin als etwas seltsames Material bekannt. Denn dieses wechselt seine Eigenschaften plötzlich bei einer Schwelle von rund 67 Grad Celsius. Im unteren Bereich ist Vanadiumdioxid ein Isolator, erst wenn die Temperaturschwelle übertreten wird, entsteht aus dem Stoff ein elektrischer Leiter. Das Material bleibt aber ein Wärmeisolator. Hier leitet es dann lediglich zehn Prozent der Energie weiter, wie anhand des Wiedemann-Franzschen Gesetzes zu erwarten wäre.

Traum von praktischen Anwendungen

Das seltsame Verhalten war Junqiao Wu, einem der führenden Forscher am Institut für Materialwissenschaften der Berkeley Labs, bereits im Jahr 2017 aufgefallen. Seine Erkenntnisse sind inzwischen von anderen Forschern überprüft und bestätigt, so dass das entsprechende Paper nun veröffentlicht werden konnte. Die Entdeckung dürfe zukünftig eine wichtige Rolle dabei spielen, die grundlegenden Vorgänge bei der Leitung von Energien besser zu verstehen.

Vanadiumdioxid kommt bisher vor allem als Katalysator in der chemischen Industrie zum Einsatz. Die nun gefundene Eigenschaft dürfte aber für weitere Optionen sorgen. Möglicherweise lassen sich mit dem Material beispielsweise Komponenten zur Energierückgewinnung bauen, mit denen Abwärme wieder in Strom umgewandelt wird. Es sind durchaus auch andere Materialien bekannt, die weniger Wärme als Strom leiten - doch ist dies hier in der Regel nur bei sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen der Fall, wodurch praktische Anwendungen quasi ausgeschlossen sind.