Malzeme biliminde ısı taşınımının nasıl gerçekleştiğini anlamak, teknolojik uygulamalar açısından kritik önem taşır. Geleneksel olarak, yüksek ısı iletkenliğine sahip kristal yalıtkanlarda ısı taşınımı, fonon Boltzmann Transport Denklemi ile açıklanır. Ancak bu yaklaşım, düşük ısı iletkenliğine sahip ve karmaşık kristal yapılara sahip malzemeler için yetersiz kalır.
Yeni araştırmada bilim insanları, Wigner Transport Denklemi adı verilen daha gelişmiş bir matematiksel model kullandı. Bu denklem, örtüşen fonon bantları arasında gerçekleşen kuantum tünelleme olaylarını da hesaba katarak, ısı taşınımının daha doğru bir resmini çiziyor. Fonon popülasyonları ve koherenslerinin dinamiklerini izleyebildikleri bu yöntemle, araştırmacılar keyfi ısı kaynakları için malzeme davranışını tahmin edebiliyorlar.
CsPbBr₃ (sezyum kurşun bromür) ve La₂Zr₂O₇ (lantan zirkonyum oksit) malzemelerinde yapılan ilk prensip hesaplamaları, şaşırtıcı sonuçlar ortaya çıkardı. Bu malzemelerin ısı iletkenlikleri, yüzlerce nanometreden birkaç mikrona kadar olan boyutlarda, toplu haldeki değerlerinden önemli ölçüde sapma gösteriyor.
Bu keşif, özellikle nanoelektronik ve termoelektrik uygulamalar için büyük önem taşıyor. Gelecekte, bu tür kuantum etkilerini kullanan daha verimli ısı yönetim sistemleri ve enerji dönüştürme cihazları geliştirilebilir.