Des ordinateurs, les téléphones portables et autres appareils sont construits à partir de nombreuses petites pièces et composants sujets à de mauvaises performances et à des dommages causés par la surchauffe. En tant que tel, il existe une demande du marché pour développer des pièces de machine qui peuvent résister aux dommages et aux changements de taille et de longueur dus à la chaleur.

Il est communément admis que les matériaux se dilatent lors du chauffage et se contractent lors du refroidissement. En réalité, certains matériaux se comportent dans l'autre sens, c'est à dire., expansion lors du refroidissement et vice-versa, un phénomène inhabituel connu sous le nom de dilatation thermique négative (NTE). Les matériaux NTE sont ainsi à l'honneur dans la recherche, car en exploitant leurs caractéristiques et en les utilisant en combinaison avec des matériaux non NTE, les développeurs pourraient fabriquer des matériaux encore moins sensibles à la chaleur qu'auparavant. Malheureusement, les mécanismes derrière NTE ne sont pas bien compris.

Maintenant, pour la première fois, une étude dirigée par le professeur Masahito Mochizuki à l'Université Waseda et l'étudiant diplômé Masaya Kobayashi de l'Université Aoyama Gakuin a fourni une explication théorique du phénomène NTE en examinant NTE dans les antiferromagnétiques perovskites inverses Mn 3 AN (A =Zn, Géorgie, etc.). La théorie pourrait non seulement aider les scientifiques et les développeurs à comprendre le mécanisme derrière NTE, mais aussi leur permettre de prédire et d'identifier les matériaux candidats possibles qui présentent une NTE, un processus crucial en recherche et développement.

Un électron a un moment cinétique appelé "spin" provenant de sa rotation. Pendant le refroidissement, les vecteurs de spin des électrons qui orbitent autour de l'ion manganèse (Mn) présent dans Mn 3 AN s'alignerait d'une manière spécifique appelée ordre antiferromagnétique non plan. Au fur et à mesure que la température baisse, le Mn 3 Un matériau se dilate en volume. Croire qu'il existe une relation étroite entre l'alignement du spin des électrons et le phénomène de dilatation thermique négative dans Mn 3 UN, Le professeur Mochizuki et son équipe ont décidé d'étudier les corrélations entre les deux pour comprendre le mécanisme NTE en reproduisant numériquement l'expansion du volume cristallin lors du refroidissement déclenché par l'ordre antiferromagnétique non plan.

"Dans notre étude des antiferromagnétiques perovskites inverses Mn 3 UN, nous avons mis en évidence que le mécanisme n'est pas spécifique aux pérovskites inverses, mais on pourrait s'y attendre dans d'autres structures cristallines. Spécifiquement, les antiferromagnétiques dans lesquels la contribution antiferromagnétique des chemins d'échange direct et la contribution ferromagnétique des chemins indirects à 90 degrés sont en concurrence sont des candidats potentiels qui pourraient présenter une NTE, " dit le professeur Mochizuki.

Le professeur Mochizuki et son équipe pensent que la prédiction ci-dessus sera un guide utile pour rechercher de nouveaux matériaux NTE, car il n'existe actuellement aucun moyen fiable de rechercher ou d'identifier les matériaux NTE pilotés par le magnétisme. "Bien que l'existence d'une telle compétition ne soit pas une condition suffisante mais une condition nécessaire à l'émergence du NTE magnétisé, la recherche de composés qui satisfont à cette condition est une bonne stratégie pour découvrir de nouveaux matériaux NTE aux effets profonds, " dit le professeur Mochizuki.