早在研究人員發現電子及其在產生電流中的作用之前，他們就了解了電并正在探索它的潛力。他們很早就了解到的一件事是，金屬是電和熱的良好導體。

1853 年，兩位科學家證明金屬的這兩種令人欽佩的特性在某種程度上是相關的：在任何給定溫度下，他們測試的任何金屬的電子傳導率與導熱率之比大致相同。從那時起，這種所謂的維德曼-弗朗茨定律就一直成立——除了在量子材料中，電子不再表現為單個粒子，而是聚集在一起形成一種電子湯。實驗測量表明，已有 170 年歷史的定律在這些量子材料中失效了，而且失效了相當多。

現在， SLAC 國家加速器實驗室、斯坦福大學和伊利諾伊大學的物理學家提出的理論論證表明，該定律實際上應該大致適用于一種類型的量子材料——氧化銅超導體，或者銅酸鹽，在相對較高的溫度下導電而不會損失。

在今天發表在 《科學》雜志上的一篇論文中 ，他們提出，如果只考慮銅酸鹽中的電子，維德曼-弗朗茨定律仍然大致成立。他們認為，其他因素，例如材料原子晶格的振動，必須考慮到實驗結果，這些結果使得該定律看起來并不適用。

該論文的主要作者、SLAC 斯坦福材料與能源科學研究所 ( SIMES )的博士生 Wang 表示，這一令人驚訝的結果對于理解非常規超導體和其他量子材料非常重要。

王說：“最初的定律是針對電子彼此微弱相互作用的材料而制定的，這些材料的行為就像小球一樣，會從材料晶格的缺陷上彈開。” “我們想在這些事情都不成立的系統中從理論上測試該定律。”

剝量子洋蔥皮

超導材料于 1911 年被發現，可以無電阻地傳輸電流。但它們在極低的溫度下工作，其用途相當有限。

1986 年，情況發生了變化，當時第一個所謂的高溫或非常規超導體——銅酸鹽——被發現。盡管銅酸鹽仍然需要極冷的條件才能發揮其魔力，但他們的發現燃起了人們的希望，即超導體有一天可以在更接近室溫的溫度下工作，從而使無損耗電力線等革命性技術成為可能。

經過近四十年的研究，盡管在理解超導態存在和不存在的條件方面已經取得了很大進展，但這一目標仍然難以實現。

在強大的超級計算機的幫助下進行的理論研究對于解釋這些材料的實驗結果以及理解和預測實驗范圍之外的現象至關重要。

在這項研究中，SIMES 團隊基于所謂的哈伯德模型進行了模擬，該模型已成為模擬和描述電子停止獨立行動并聯合起來產生意外現象的系統的重要工具。

王說，結果表明，當只考慮電子傳輸時，電子電導率與熱導率的比率接近維德曼-弗朗茨定律的預測。“因此，實驗中發現的差異應該來自其他因素，例如聲子或晶格振動，而這些因素不在哈伯德模型中，”她說。

SIMES 科學家兼論文合著者布萊恩·莫里茨 (Brian Moritz) 表示，盡管該研究沒有調查振動如何導致差異，但“不知何故，系統仍然知道電子之間的電荷和熱傳輸之間存在這種對應關系。這是最令人驚訝的結果。”

他補充道，從這里開始，“也許我們可以剝掉洋蔥，以便了解更多。”

這項研究的主要資金來自科學辦公室。計算工作是在斯坦福大學和國家能源研究科學計算中心的資源上進行的，該中心是科學辦公室的用戶設施。