Wird die Wärmeleitfähigkeit von Metallen durch Magnetfelder beeinflusst?

Magnetfelder können sicherlich die Wärmeleitfähigkeit beeinflussen. Dies zeigt sich nicht überraschend, wenn das Magnetfeld andere Eigenschaften, insbesondere elektronische, stark beeinflusst.

Ein (nichtmetallisches) Beispiel ist „Wärmeleitfähigkeitstensor in YBa“.$_{2}$Cu$_{3}$Ö$_{7-x}$: Effekte eines planaren Magnetfelds' von R. Ocana und P. Esquinazi, Phys Rev B66 064525 (2002). Der Einfluss von Magnetfeldern auf den supraleitenden Zustand ist bekannt, sodass Sie leicht erkennen konnten, dass sie die Paarungszustände durcheinander bringen und die (hauptsächlich elektronische) Wärmeleitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen verändern könnten.

Ein weiteres Beispiel ist "Giant Magnetic Field Effect on Thermal Conductivity of Magnetic Multilayers, Cu/Co/Cu/Ni(Fe)", H. Sato et al., J. Phys. Soc. Jpn. 62 431-434 (1993). Auch hier sollten und können die magnetischen Wechselwirkungen, die zu den großen Magnetowiderstandsänderungen führen, die elektronische Komponente der Wärmeleitfähigkeit beeinflussen.

Als letztes Beispiel „Wirkung eines Magnetfelds auf die Wärmeleitfähigkeit von Blei-Tellurid-Zinn-Tellurid“, T. Knittel und HJ Goldsmid, J. Phys. C. 12 1891-1897 (1979). Auch hier dominiert bei niedriger Temperatur die elektronische Wärmeleitfähigkeit, und das Magnetfeld wird sie modulieren.

Ich glaube nicht, dass die Wärmeleitfähigkeit der meisten Metalle sehr empfindlich auf Magnetfelder reagiert. Ja, es wird im Fall eines wandernden Ferromagneten eine gewisse feldinduzierte Bandverschiebung geben, die im Prinzip zu einer Änderung der Zustandsdichte auf dem Fermi-Niveau führt, aber das wird typischerweise ein sehr kleiner Effekt sein.

Wenn die durch das Magnetfeld induzierte Änderung der Wärmeleitfähigkeit eines bestimmten Metalls signifikant war, dann durch das Wiedemann-Franz-Gesetzdie elektrische Leitfähigkeit des Metalls sollte sich ebenfalls um den gleichen Anteil ändern, da sowohl die (elektronische) Wärmeleitfähigkeit als auch die elektrische Leitfähigkeit eines Metalls empfindlich auf die elektronische Zustandsdichte am Fermi-Niveau reagieren. Machen Sie selbst ein Experiment, bei dem Sie einen Metalldraht mit einem empfindlichen Ohmmeter verbinden und sehen Sie, ob Sie eine Änderung des elektrischen Widerstands des Drahts feststellen können, wenn Sie ihn in die Nähe eines starken Magneten bringen. Für die Magnetfelder, die Sie von typischen Permanentmagneten erhalten können, würde ich vermuten, dass Sie keine Änderung des elektrischen Widerstands des Drahtes feststellen können. Für Wiedemann-Franz bedeutet dies, dass jede Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Drahtes wahrscheinlich auch für alle praktischen Zwecke gleich Null ist.

Starke Magnetfelder können tatsächlich Interbandübergänge induzieren, bei denen Elektronen von einem elektronischen Band in ein anderes "hüpfen" können, wodurch das bekannte, halbklassische Modell der Elektronendynamik zusammenbricht. Dieser Effekt wird als magnetischer Durchbruch bezeichnet . Jedoch für Magnetfelder, um ein solches Hüpfen der Menge zu induzieren$\hbar \omega _c$(Wo$\omega _c$ist die Zyklotronfrequenz$\frac{\text{eB}}{m}$und e=Elektronenladung, B=Magnetfeld, m=effektive Masse des Elektrons) muss mit jeder gegebenen Energielücke zwischen den Bändern vergleichbar sein. Für sogar ein großes Feld von$B=10^4$Gauss (typischer Kühlschrankmagnet etwa 50 bis 100 Gauss),$\hbar \omega _c$ist nur in der Größenordnung von$10^{-4}$eV, so dass Sie sehen können, dass normalerweise sehr, sehr große Magnetfelder erforderlich sind, um einen großen Einfluss auf die Elektronendynamik in Bezug auf die signifikante Änderung der physikalischen Eigenschaften eines Metalls zu haben, wie z. B. die Änderung seiner Wärmeleitfähigkeit.

(*Anmerkung: Es gibt immer wieder Bedingungen, bei denen eine kleine Magnetfeldänderung dazu führen kann, dass beispielsweise ein supraleitendes Metall zu einem normalen Metall wird, was zu einer großen Änderung der Wärmeleitfähigkeit sowie anderer physikalischer Eigenschaften führt. Aber in meiner obigen Antwort gehe ich davon aus, dass Sie solche "Sonderfälle" ausschließen.)