突破2000K高温：维德曼-弗朗兹定律的普适性

维德曼-弗朗兹(Wiedemann-Franz)定律是理解金属中电输运和热输运之间关系的基石。它提出了金属的电导率与其热导率之间成正比，比例常数仅取决于基本常数。然而，这一定律主要在固体金属上得到了验证。对于其在高温环境下的适用性，特别是对处于熔融状态的金属的适用性，仍然存在疑问。

最近发表在《物理评论快报》上的一项研究，题为“通过稳态温差辐射法测量导热系数，验证固体和熔融钨在2000 K以上的维德曼-弗朗兹定律”，解决了这一挑战。

研究人员开始确定，在温度超过2000开尔文的情况下，维德曼-弗朗兹定律是否仍然适用于钨的固态和熔融相。该研究的关键在于稳态温差辐射测定技术，该方法通过在样品上建立温度梯度并监测热流来测量热导率。研究人员采用了精心设计的装置，在必要的高温下实现这一目标。

本研究的关键发现在于利用维德曼-弗朗兹定律得到的电阻率数据与通过辐射测量直接测量的值之间的强烈一致性。这种一致性表明，即使在极端温度下，该定律也准确地捕捉到了熔化钨中的电子对导热性的贡献。

为了进一步支持这一结论，该研究还纳入了具有机器学习潜力的从头算分子动力学模拟。这些模拟为电子和振动机制对导热性的相对贡献提供了有价值的见解。结果表明，在2000K以上的温度下，振动成分变得可以忽略不计，而电子贡献则占主导地位。电子输运的这种主导地位证明了维德曼-弗朗兹定律在该状态下的适用性。

这项研究的意义超出了钨的范畴。通过证明维德曼-弗朗兹定律在高温金属熔融状态的有效性，该研究打开了更全面地理解高温材料中热输运的大门。这些知识对于包括材料科学、等离子体物理学和高温技术开发在内的各个领域至关重要。

然而，该研究也承认存在局限性。所采用的技术复杂，需要专用设备。此外，该发现对其他金属的适用性还需要进一步研究。不同的材料可能存在电子和振动对热导率的相对贡献差异。
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总而言之，验证维德曼-弗朗兹定律对2000K以上钨的有效性标志着我们对高温金属中热输运理解的重大进步。这项研究不仅揭示了支配这些材料的基本物理，而且还为各种技术领域中的材料表征和设计提供了一种有价值的工具。随着未来的研究将这种方法应用于更广泛材料的可能性，我们可以期待在极端温度下预测和操纵热行为的能力得到进一步提高。