南京大學物理學院的胡永博士和王敦輝教授借助穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置（SHMFF）變溫X射線衍射儀設備研究了反鐵磁CrAs基化合物的巨負熱膨脹效應。該研究成果以“Giant Negative Thermal Expansion in Antiferromagnetic CrAs-Based Compounds”為題，發(fā)表在美國物理學會期刊《物理評論應用》上 。

　　普通材料一般都具有熱脹冷縮的性質，這是指材料受熱時發(fā)生膨脹，遇冷時發(fā)生收縮。而負熱膨脹是一種特殊的熱力學現象，是指材料受熱時發(fā)生收縮。負熱膨脹材料可以和正熱膨脹材料進行復合，從而達到零膨脹的效果。由于在電路板、精密機械部件和光學器件等方面的重要應用價值，負熱膨脹材料受到越來越廣泛的重視和研究。一般來說，如果一種負熱膨脹材料能夠被應用，其應該具有以下優(yōu)異的特性：首先，材料要具有較大的線性負熱膨脹系數；其次，為避免熱應力，可應用的負熱膨脹材料要具有較大的熱導，這樣能夠更快速的導熱并保持熱均勻性；再次，由于需要應用于磁、電、光等環(huán)境，要求材料對這些外部環(huán)境不敏感。

　　最近，因在CrAs化合物中發(fā)現了壓力誘導的超導電性，使其成為凝聚態(tài)物理領域的研究熱點。這一材料是反鐵磁，其奈爾溫度T_N~260K。當相變發(fā)生時，其體積發(fā)生顯著的收縮（ΔV/V~ -2.4%），使得它成為一種潛在的負熱膨脹材料。但因其相變溫度窗口較窄且不在室溫區(qū)域，阻礙了這類材料的實際應用。

　　在本工作中，南京大學的研究人員通過Ni和S的摻雜對CrAs基化合物進行了成分調控，他們發(fā)現化學摻雜能夠有效的改變相變溫度和拓寬相變溫度窗口。借助SHMFF變溫X射線衍射儀設備，他們對經過化學調控的CrAs基化合物的晶格參數等性質隨溫度的變化進行了詳細的研究。研究結果表明，Cr_0.98Ni_0.02As、CrAs₀.₉₁S_0.09和CrAs在從122 K到340 K，寬達218 K且覆蓋室溫的溫度窗口內都能表現出巨負熱膨脹效應。此外，經過化學調控的CrAs基化合物也具有很大的熱導和電導系數。由于這些材料都是反鐵磁，對外磁場不敏感，其磁致伸縮系數非常小。這些優(yōu)異的性能表明，經過成分調控的CrAs基化合物可以作為一種潛在應用的負熱膨脹材料，尤其是可以應在有磁場的特殊環(huán)境中。

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.12.034027。

CrAs_0.91S_0.09化合物的X射線衍射譜以及晶格參數隨溫度變化的關系圖