computer, i telefoni cellulari e altri dispositivi sono costituiti da molte piccole parti e componenti soggetti a prestazioni scadenti e danni causati dal surriscaldamento. Come tale, c'è una richiesta del mercato per sviluppare parti di macchine che possano resistere a danni e cambiamenti di dimensioni e lunghezza dovuti al calore.

Si crede comunemente che i materiali si espandano al riscaldamento e si contraggano al raffreddamento. In realtà, alcuni materiali si comportano al contrario, cioè., espansione durante il raffreddamento e viceversa, un fenomeno insolito noto come espansione termica negativa (NTE). I materiali NTE sono stati così sotto i riflettori della ricerca, perché sfruttandone le caratteristiche e utilizzandole in abbinamento a materiali non NTE, gli sviluppatori potrebbero realizzare materiali ancora meno sensibili al calore di prima. Sfortunatamente, i meccanismi alla base della NTE non sono ben compresi.

Ora, per la prima volta, uno studio condotto dal professor Masahito Mochizuki della Waseda University e dallo studente laureato Masaya Kobayashi della Aoyama Gakuin University ha fornito una spiegazione teorica del fenomeno NTE esaminando NTE in antiferromagneti di perovskite inversa Mn ₃ AN (A =Zn, Ga, eccetera.). La teoria potrebbe non solo aiutare scienziati e sviluppatori a comprendere il meccanismo alla base della NTE, ma consentono anche loro di prevedere e identificare possibili materiali candidati che presentano NTE, un processo cruciale nella ricerca e nello sviluppo.

Un elettrone ha un momento angolare chiamato "spin" che origina dalla sua rotazione. Durante il raffreddamento, i vettori di spin degli elettroni che orbitano attorno allo ione manganese (Mn) presente in Mn ₃ AN si allineerebbe in un modo specifico chiamato ordine antiferromagnetico non planare. Al diminuire della temperatura, il Mn ₃ Un materiale si espande di volume. Credere che ci sia una stretta relazione tra l'allineamento dello spin dell'elettrone e il fenomeno dell'espansione termica negativa in Mn ₃ UN, Il professor Mochizuki e il suo team hanno deciso di indagare sulle correlazioni tra i due per comprendere il meccanismo NTE riproducendo numericamente l'espansione del volume del cristallo al raffreddamento innescato dall'ordine antiferromagnetico non planare.

"Nel nostro studio sugli antiferromagneti perovskite inversa Mn ₃ UN, abbiamo rivelato che il meccanismo non è specifico delle perovskiti inverse, ma potrebbe essere previsto in altre strutture cristalline. Nello specifico, antiferromagneti in cui il contributo antiferromagnetico dei percorsi di scambio diretti e il contributo ferromagnetico dei percorsi indiretti a 90 gradi competono tra loro sono potenziali candidati che potrebbero esibire NTE, "dice il professor Mochizuki.

Il professor Mochizuki e il suo team ritengono che la previsione di cui sopra sarà una guida utile per la ricerca di nuovi materiali NTE perché al momento non esiste un modo affidabile per cercare o identificare materiali NTE guidati dal magnetismo. "Sebbene l'esistenza di tale competizione non sia una condizione sufficiente ma una condizione necessaria per l'emergere della NTE guidata dal magnetismo, la ricerca di mescole che soddisfino questa condizione è una buona strategia per scoprire nuovi materiali NTE con effetti profondi, "dice il professor Mochizuki.