Mekanisme bag magnetisme-drevet negativ termisk ekspansion (NTE) forklaret for første gang

Computere, mobiltelefoner og andre enheder er bygget af mange små dele og komponenter, der er tilbøjelige til dårlig ydelse og skade forårsaget af overophedning. Som sådan, der er en efterspørgsel på markedet for at udvikle maskindele, der kan modstå skader og ændringer i størrelse og længde på grund af varme.

Det er almindeligt antaget, at materialer udvider sig ved opvarmning og trækker sig sammen ved afkøling. I virkeligheden, nogle materialer opfører sig omvendt, dvs. udvider ved afkøling og omvendt, et usædvanligt fænomen kendt som negativ termisk ekspansion (NTE). NTE -materialer er således kommet i fokus i forskning, fordi ved at udnytte deres egenskaber og bruge dem i kombination med ikke-NTE materialer, udviklere kunne lave materialer, der er endnu mindre varmefølsomme end før. Desværre, mekanismerne bag NTE er ikke godt forstået.

Nu, for første gang, en undersøgelse ledet af professor Masahito Mochizuki ved Waseda University og kandidatstuderende Masaya Kobayashi fra Aoyama Gakuin University har givet en teoretisk forklaring på NTE -fænomenet ved at undersøge NTE i inverse perovskite antiferromagneter Mn ₃ AN (A =Zn, Ga, etc.). Teorien kunne ikke kun hjælpe forskere og udviklere med at forstå mekanismen bag NTE, men også give dem mulighed for at forudsige og identificere mulige kandidatmaterialer, der udviser NTE - en afgørende proces inden for forskning og udvikling.

En elektron har et vinkelmoment kaldet "spin", der stammer fra dens rotation. Under afkøling, spin -vektorer af elektroner, der kredser omkring mangan (Mn) -ionen, der er til stede i Mn ₃ AN ville justere sig på en bestemt måde kaldet ikke -plan antiferromagnetisk orden. Når temperaturen falder, den Mn ₃ Et materiale udvider sig i volumen. At tro på, at der er et tæt forhold mellem elektronspinjustering og det negative termiske ekspansionsfænomen i Mn ₃ AN, Professor Mochizuki og hans team besluttede at undersøge sammenhængene mellem de to for at forstå NTE-mekanismen ved numerisk at gengive krystalvolumenudvidelsen ved afkøling udløst af den ikke-plane antiferromagnetiske orden.

"I vores undersøgelse af inverse perovskit -antiferromagneter Mn ₃ AN, vi har afsløret, at mekanismen ikke er specifik for de inverse perovskitter, men kan forventes i andre krystalstrukturer. Specifikt, antiferromagneter, hvor antiferromagnetisk bidrag fra direkte udvekslingsstier og ferromagnetisk bidrag fra indirekte 90 graders stier konkurrerer med hinanden, er potentielle kandidater, der kan udvise NTE, "siger professor Mochizuki.

Professor Mochizuki og hans team mener, at ovenstående forudsigelse vil være en nyttig guide til at søge efter nye NTE-materialer, fordi der på nuværende tidspunkt ikke er nogen pålidelig måde at søge eller identificere magnetismedrevne NTE-materialer på. "Selv om eksistensen af ​​en sådan konkurrence ikke er en tilstrækkelig betingelse, men en nødvendig betingelse for fremkomsten af ​​det magnetismedrevne NTE, søgningen efter forbindelser, der opfylder denne betingelse, er en god strategi for at opdage nye NTE -materialer med dybtgående effekter, "siger professor Mochizuki.