Ordenadores, Los teléfonos móviles y otros dispositivos se fabrican a partir de muchas piezas y componentes pequeños que son propensos a un rendimiento deficiente y a los daños causados ​​por el sobrecalentamiento. Como tal, Existe una demanda del mercado para desarrollar piezas de máquinas que puedan resistir daños y cambios de tamaño y longitud debido al calor.

Se cree comúnmente que los materiales se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse. En realidad, algunos materiales se comportan al revés, es decir., expandiéndose al enfriar y viceversa, un fenómeno inusual conocido como expansión térmica negativa (NTE). Los materiales NTE se han convertido así en el centro de atención de la investigación, porque al explotar sus características y usarlos en combinación con materiales no NTE, los desarrolladores podrían fabricar materiales que sean incluso menos sensibles al calor que antes. Desafortunadamente, los mecanismos detrás de NTE no se comprenden bien.

Ahora, por primera vez, un estudio dirigido por el profesor Masahito Mochizuki en la Universidad de Waseda y el estudiante graduado Masaya Kobayashi de la Universidad Aoyama Gakuin ha proporcionado una explicación teórica del fenómeno NTE al examinar NTE en antiferromagnetos de perovskita inversa Mn ₃ AN (A =Zn, Georgia, etc.). La teoría no solo podría ayudar a los científicos y desarrolladores a comprender el mecanismo detrás de NTE, pero también les permite predecir e identificar posibles materiales candidatos que exhiben NTE, un proceso crucial en la investigación y el desarrollo.

Un electrón tiene un momento angular llamado "espín" que se origina en su rotación. Durante el enfriamiento, los vectores de espín de los electrones que orbitan alrededor del ion manganeso (Mn) presente en Mn ₃ Los AN se alinearían de una manera específica llamada orden antiferromagnético no plano. A medida que la temperatura disminuye, el Mn ₃ Un material se expande en volumen. Creer que existe una estrecha relación entre la alineación del espín del electrón y el fenómeno de expansión térmica negativa en Mn ₃ UN, El profesor Mochizuki y su equipo decidieron investigar las correlaciones entre los dos para comprender el mecanismo NTE reproduciendo numéricamente la expansión del volumen del cristal al enfriarse desencadenada por el orden antiferromagnético no plano.

"En nuestro estudio de antiferromagnetos de perovskita inversa Mn ₃ UN, hemos revelado que el mecanismo no es específico de las perovskitas inversas, pero podría esperarse en otras estructuras cristalinas. Específicamente, los antiferromagnetos en los que la contribución antiferromagnética de las rutas de intercambio directo y la contribución ferromagnética de las rutas indirectas de 90 grados compiten entre sí son candidatos potenciales que podrían presentar NTE, "dice el profesor Mochizuki.

El profesor Mochizuki y su equipo creen que la predicción anterior será una guía útil para buscar nuevos materiales NTE porque no existe una forma confiable de buscar o identificar materiales NTE impulsados ​​por magnetismo en la actualidad. "Aunque la existencia de tal competencia no es una condición suficiente, sino una condición necesaria para el surgimiento de la NTE impulsada por el magnetismo, la búsqueda de compuestos que satisfagan esta condición es una buena estrategia para descubrir nuevos materiales NTE con efectos profundos, "dice el profesor Mochizuki.