Oomi seadus on olemuselt lineaarne: pinge kasvule vastab konstantse takistuse korral proportsionaalne voolu kasv. Tegelikkuses on paljudel materjalidel hoopiski mittelineaarne juhtivus, eeskätt tugevas elektriväljas. Teadusajakirjas Nature Materials avaldati teadustöö, mis kirjeldab mittelineaarsete juhtide mikrofüüsikat. Numbriliste meetoditega avastati, et materjalide elektrijuhtivus muutub tugevas elektriväljas valdavalt ühtmoodi. Esialgu teoreetiline avastus evib edaspidi mõju rakenduslikus elektrokeemias, biokeemias ja elektrotehnikas.
Pilt kujutab soojuslikult ergastatud ja tugevas elektriväljas laengupaaride korrelatsioonifunktsiooni. Võresimulatsioonid annavad aimu juhtivuse kasvu universaalsusest, mida Onsager 1934. aastal ennustas.
Töös uuriti tahke elektrolüüdi, millel on erinevalt vedelkristallidest mitteliikuvad laengukandjad, elektrijuhtivust. Saadud tulemusi võib töömehhanismi universaalsuse tõttu laiendada paljudele materjalidele, näiteks puhtale veele, juhtivale klaasile ning molekulidele.
Oomi seadust võib sõnastada ka nii: voolutihedus on võrdeline elektrivälja tugevuse ja elektrijuhtivuse korrutisega. Nimetatud lineaarsus peab paika eelkõige nõrgas elektriväljas, mis tähendab enamasti ka konstantset takistust.
Ent tugevas elektriväljas muutub paljude materjalide elektrijuhtivus mittelineaarseks, sest väli kisub juhtainest laengukandjaid juurde.
Mittelineaarse elektrilise kostega materjale on palju. Artikli kirjutanud töörühmale tuli aga üllatusena, et nende mittelineaarsuse mudel toimis materjalivalikust sõltumatult.
Mittelineaarse elektrikoste mehhanismi universaalsust täheldas esmakordselt 1934. aastal Nobeli laureaat Lars Onsager. Ta kirjeldas juhtivuse kasvu etanoolhappe sarnastes elektrolüütides, nimetades protsessi „teiseks Wieni efektiks“ (Second Wien Effect, ka dissotsiatsioonivälja efekt – toim, loe siit). Onsageri teooriat on hakatud hiljuti laiemalt rakendama, näiteks biokeemiliste juhtide, klaaside, ioon-vahetus membraanide, pooljuhtide, erinevate päiksepaneelide materjalide ning tinglike spinn-jää magnetmonopoolide (spin ice „magnetic monopoles“) juhtivusteooria kirjeldamiseks.
Teist Wieni efekti õnnestus numbriliselt simuleerida Londoni Nanotehnoloogia Keskuse, Saksamaa Dresdeni Max Planck’i Komplekssete Süsteemide Labori ning Prantsusmaa Lyoni Ülikooli teadlaste liittöörühmal, isikkoosseisus Vojtech Kaiser, Steve Bramwell, Peter Holdsworth ja Roderich Moessner. Töö kirjeldab efekti universaalsust ning esitab ideid selle kasutamiseks erinevate eksperimentide analüüsis.
„Onsageri Wieni efekt on suure praktilise tähtsusega. Numbriliste simulatsioonidega saame lõppeks teooria mehhanismi aatomi suurusjärgus uurida,“ ütles Londoni Nanotehnoloogia Keskuse professor Steve Bramswell.
Allikas: Phys.org