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研究快讯 | 利用外加磁场调控材料的热膨胀系数
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EXPRESS LETTER
Magnetic-Field-Induced Sign Changes of Thermal Expansion in DyCrO4
Jin-Cheng He (何金城), Zhao Pan (潘昭), Dan Su (苏丹), Xu-Dong Shen (申旭东), Jie Zhang (张杰), Da-Biao Lu (卢达标), Hao-Ting Zhao (赵浩婷), Jun-Zhuang Cong (丛君状), En-Ke Liu (刘恩克), You-Wen Long (龙有文), and Young Sun (孙阳)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (6): 066501
DOI: 10.1088/0256-307X/40/6/066501
文章亮点
首次在不同结构的DyCrO4中，利用外加磁场实现了将常压锆石型z-DyCrO4的热膨胀系数由负变为正，高压白钨矿型s-DyCrO4的热膨胀系数由正变负再变成正的转变，为调控材料的热膨胀系数提供了一种全新策略。
图1. 不同磁场作用下材料的热膨胀性质。（a）z-DyCrO4的热膨胀系数随磁场强度增加逐渐由负变为正；(b) s-DyCrO4的热膨胀系数随磁场强度增加由正变负再变成正。
利用外加磁场调控材料的热膨胀系数
研究背景
“热胀冷缩”是自然界中的一种普遍现象。长期以来，热膨胀一直是机械、电子、光学和航空航天领域所面临的最普遍的问题之一。由于材料的热膨胀系数不匹配，造成材料与器件的性能恶化甚至失效。“负热膨胀”材料在一定的温度范围内，宏观体积随温度升高而发生收缩，即“热缩冷胀”。负热膨胀材料的出现为调控材料的热膨胀系数提供了可能，将具有负热膨胀性的材料与常规正膨胀材料进行复合，就能够有效地调控材料的热膨胀系数，甚至是实现零膨胀。热膨胀的调控一直是负热膨胀研究领域的一个重要研究方向，目前对于材料热膨胀的调控主要集中在化学掺杂、尺寸效应或缺陷化学等方面，寻找新的调控材料热膨胀系数的方法具有重要的研究意义。
内容简介
最近，中国科学院物理研究所龙有文研究员课题组和重庆大学孙阳教授团队提出了一种通过引入外磁场调控材料热膨胀系数的方法。对于不同构型的DyCrO4，通过施加外磁场，可以实现z-DyCrO4热膨胀系数由负到正的转变，进一步磁场能诱导s-DyCrO4热膨胀系数从正到负再到正的系列转变。这种磁场可控的新奇热膨胀转变行为与材料较强的自旋-晶格耦合紧密相关。
研究意义和重要性
该研究工作表明应用外磁场可以有效地调控材料的热膨胀系数，甚至是实现材料热膨胀系数符号的变化，为材料热膨胀性能的调控提供了一种全新方法。
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