Влияет ли магнитное поле на теплопроводность металлов?

Магнитные поля, безусловно, могут влиять на теплопроводность. Неудивительно, что это проявляется при сильном влиянии магнитного поля на другие свойства, особенно электронные.

Одним из (неметаллических) примеров является «Тензор теплопроводности в YBa$_{2}$Cu$_{3}$О$_{7-x}$: Эффекты плоского магнитного поля », Р. Окана и П. Эскинази, Phys Rev B66 064525 (2002). Влияние магнитных полей на сверхпроводящее состояние хорошо известно, поэтому вы могли легко увидеть, что они могут влиять на состояния спаривания и изменять (в основном электронную) теплопроводность при низких температурах.

Другим примером является «Влияние гигантского магнитного поля на теплопроводность магнитных мультислоев Cu/Co/Cu/Ni(Fe)», H. Sato et al., J. Phys. соц. Япония. 62 431-434 (1993). Опять же, магнитные взаимодействия, которые приводят к большим изменениям магнитосопротивления, должны и могут влиять на электронную составляющую теплопроводности.

В качестве последнего примера, «Влияние магнитного поля на теплопроводность теллурида свинца-теллурида олова», T. Knittel and HJ Goldsmid, J. Phys. С. 12 1891-1897 (1979). Опять же, при низкой температуре преобладает электронная теплопроводность, и магнитное поле будет ее модулировать.

Я не верю, что теплопроводность большинства металлов очень чувствительна к магнитным полям. Да, в случае коллективизированного ферромагнетика будет иметь место некоторый вызванный полем сдвиг зон, который, в принципе, приводит к изменению плотности состояний на уровне Ферми, но обычно это будет очень небольшой эффект.

Если бы изменение теплопроводности данного металла под действием магнитного поля было значительным, то по закону Видемана–Францаэлектропроводность металла также должна измениться в той же пропорции, поскольку и (электронная) теплопроводность, и электропроводность металла чувствительны к плотности электронных состояний на уровне Ферми. Попробуйте сами провести эксперимент, в котором вы подсоедините металлический провод к чувствительному омметру и посмотрите, сможете ли вы обнаружить изменение электрического сопротивления провода, когда вы поднесете его близко к сильному магниту. Для магнитных полей, которые вы можете получить от обычных постоянных магнитов, я предполагаю, что вы не сможете обнаружить никаких изменений в электрическом сопротивлении провода. Согласно Видеманну-Францу, это означает, что любое изменение теплопроводности проволоки также, вероятно, будет нулевым для всех практических целей.

Сильные магнитные поля действительно могут вызывать межзонные переходы, при которых электроны могут «прыгать» из одной электронной зоны в другую, и в этом случае знакомая полуклассическая модель динамики электронов не работает. Этот эффект называется магнитным прорывом . Однако для того, чтобы магнитные поля индуцировали такие прыжки, величина$\hbar \omega _c$(где$\omega _c$- циклотронная частота$\frac{\text{eB}}{m}$и e=заряд электрона, B=магнитное поле, m=эффективная масса электрона) должны быть сравнимы с любой заданной межзонной энергетической щелью. Даже для большого поля$B=10^4$Гаусс (типичный магнит холодильника от 50 до 100 Гаусс),$\hbar \omega _c$имеет только порядок$10^{-4}$эВ, так что вы можете видеть, что очень, очень большие магнитные поля обычно требуются, чтобы иметь большое влияние на динамику электронов в отношении значительного изменения физических свойств металла, таких как изменение его теплопроводности.

(*Примечание: всегда существуют условия, при которых небольшое изменение магнитного поля может привести, например, к тому, что сверхпроводящий металл станет нормальным металлом, что приведет к значительному изменению теплопроводности, а также других физических свойств. Но в моем ответе выше я предполагаю, что вы исключаете такие «особые случаи».)