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SHMFF用户在磁性金属间化合物中发现大的线性负热膨胀效应
文章来源: 张蕾 发布时间: 2020-07-09
  北京科技大学王守国教授团队的郑新奇副教授、许家旺博士生和北京大学杨金波教授团队的杨文云博士合作,借助强磁场中心稳态强磁场实验装置(SHMFF)变温X射线衍射仪,对磁性金属间化合物Cr-Te-Se的结构和热力学性质进行研究,发现了该体系中较大的线性负热膨胀效应。该研究成果以“Large Linear Negative Thermal Expansion in NiAs-type Magnetic Intermetallic Cr-Te-Se Compounds”为题,发表在美国化学学会期刊《无机化学》上。
  一般来说,大部分材料具有热胀冷缩性质。但是,随温度的升高,有些材料的体积反而发生收缩,表现出负热膨胀的性质(Negative thermal expansion, NTE)。最近几十年来,负热膨胀材料引起了极大的关注,这是因为负热膨胀材料可以和正热膨胀材料进行复合,从而可以调节材料的膨胀系数,甚至实现零膨胀,即随温度变化材料不发生热胀冷缩效应。由于在航天航空、精密机械、微纳电子、光学器件等方面的重要应用价值,负热膨胀材料受到极大的重视和广泛的研究。
  磁性金属间化合物材料CrTe具有较高的相变温度(TC~340 K),并且可以通过Cr的空位对其进行调控。当Te的含量在52.4%53.3%之间,体系保持NiAs型的结构,表明Cr空位对稳定这一结构非常重要。在相变温度附近的区间,其晶格参数会偏离正常的热膨胀规律,表现出明显的NTE现象。最近的研究发现:CrTe存在晶格-自旋耦合;交换作用和原子距离之间也存在密切关系。本研究中,科研团队通过Se替代Te来引入化学压力,从而对该体系的磁性和NTE进行有效的调控。
  研究人员借助SHMFF变温X射线衍射仪研究发现:通过化学压力的调控,在相变温度附近的温区产生了一个线性的NTE区域,并且其线性温区在掺杂0-0.15区间从60 K增大到100 K。研究表明:该体系的NTE来自于磁体积效应(Magneto-Volume Effect),即由于自发磁化强度的变化而引起的材料晶胞体积的变化,并且体积变化与磁化强度的平方成正比。上述研究工作对磁性材料反常热膨胀机理的探索具有重要意义,也为该类材料的应用提供了物理和材料基础研究的支撑。
  该工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

                                         

                                               不同化学组分Cr-Te-Se的晶胞体积随温度的变化

   

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