Datorer, mobiltelefoner och andra enheter är byggda av många små delar och komponenter som är benägna att dåliga prestanda och skador orsakade av överhettning. Som sådan, det finns en efterfrågan på marknaden att utveckla maskindelar som kan motstå skador och förändringar i storlek och längd på grund av värme.

Det är allmänt ansett att material expanderar vid uppvärmning och drar ihop sig vid kylning. I verkligheten, vissa material beter sig tvärtom, dvs. expanderar vid kylning och vice versa, ett ovanligt fenomen som kallas negativ termisk expansion (NTE). NTE -material har därmed hamnat i fokus inom forskning, för genom att utnyttja deras egenskaper och använda dem i kombination med icke-NTE-material, utvecklare kan göra material som är ännu mindre värmekänsliga än tidigare. Tyvärr, mekanismerna bakom NTE är inte väl förstådda.

Nu, för första gången, en studie ledd av professor Masahito Mochizuki vid Waseda University och doktorand Masaya Kobayashi från Aoyama Gakuin University har gett en teoretisk förklaring av NTE-fenomenet genom att undersöka NTE i inversa perovskite antiferromagneter Mn ₃ AN (A =Zn, Ga, etc.). Teorin kunde inte bara hjälpa forskare och utvecklare att förstå mekanismen bakom NTE, men också tillåta dem att förutsäga och identifiera möjliga kandidatmaterial som uppvisar NTE – en avgörande process inom forskning och utveckling.

En elektron har en vinkelmoment som kallas "snurr" som härrör från dess rotation. Under kylning, spinnvektorerna för elektroner som kretsar kring mangan (Mn) jonen som finns i Mn ₃ AN skulle anpassa sig på ett specifikt sätt som kallas icke-planär antiferromagnetisk ordning. När temperaturen sjunker, Mn ₃ Ett material expanderar i volym. Att tro att det finns ett nära samband mellan elektronspin-inriktningen och det negativa termiska expansionsfenomenet i Mn ₃ ETT, Professor Mochizuki och hans team bestämde sig för att undersöka sambanden mellan de två för att förstå NTE-mekanismen genom att numeriskt reproducera kristallvolymexpansionen vid kylning utlöst av den icke-planära antiferromagnetiska ordningen.

"I vår studie av inversa perovskit-antiferromagneter Mn ₃ ETT, vi har avslöjat att mekanismen inte är specifik för de inversa perovskiterna, men kan förväntas i andra kristallstrukturer. Specifikt, antiferromagneter där antiferromagnetiskt bidrag från direktväxlingsvägar och ferromagnetiskt bidrag från indirekta 90 graders banor konkurrerar med varandra är potentiella kandidater som kan uppvisa NTE, säger professor Mochizuki.

Professor Mochizuki och hans team tror att ovanstående förutsägelse kommer att vara en användbar guide för att söka efter nya NTE-material eftersom det för närvarande inte finns något tillförlitligt sätt att söka eller identifiera magnetismdrivna NTE-material. "Även om förekomsten av sådan konkurrens inte är en tillräcklig förutsättning utan en nödvändig förutsättning för uppkomsten av det magnetismdrivna NTE, sökandet efter föreningar som uppfyller detta villkor är en bra strategi för att upptäcka nya NTE -material med djupa effekter, "säger professor Mochizuki.