科學家觀察到金屬磁體中最大原子位移

據物理學家組織網報道，英國科學家在金屬磁體熱膨脹中觀察到最大原子位移，此一發現將在高效傳感器、制冷劑等未來新材料的研發中發揮重要作用。
　　一般情況下，大部分材料在磁場中都會發生微小形變。英國劍橋大學的阿勒桑德·巴克扎及其合作者在最近一項研究中發現，一種含錳的磁性材料CoMnSi，兩個鄰近原子之間的位移達到2%，這是迄今為止在金屬磁體中發現的最大位移距離。磁體具有強大的磁彈性作用，正是這種機制造成了某些材料內原子會出現大的位移。
　　通過一種名為高效中子衍射結合磁力測量的方法，科學家在觀察中發現，磁場變化會引起材料的磁性突然增加，稱為變磁性過渡階段。此時，材料磁性的變化來源于原子之間的一種強大磁彈性耦合。磁彈性耦合作為一種變磁臨界點的前兆，加強了變形效果，于是出現了加熱時錳原子之間距離發生2%的“巨大”改變。
　　倫敦帝國學院物理學家卡爾·桑德曼解釋說，在磁場中，受到兩對不同錳原子之間交換作用的驅動，雖然材料整個體積的熱膨脹非常小，但它在一個軸向上長度的顯著減少，就會伴隨著其他兩個軸向上溫度增加或磁場和正向熱膨脹。材料的體積變化在整體上很小的時候，形變在一個方向上會很大。尤其是，紋理材料會比其他多晶材料顯示出更大的形變，多晶材料更傾向于“平均”變化。
　　研究人員表示，這一發現有助于許多領域的研究。比如磁性制冷材料和磁伸縮材料，它們在磁場中的反應變化，可用作傳感器或制動器。而且研究人員注意到，它可能使混合材料具有同樣大的磁彈性效應。
　　與氣體揮發制冷不同，固態磁性制冷劑屬于高效室溫制冷。桑德曼說，采用磁場改變材料的狀態能提供一種制冷效果，這是來自于固體形態的轉變，而不是傳統的壓縮冰箱里那種把液體蒸發為氣體帶來的制冷。如果在一些具有和諧晶格結構的材料里，磁性制冷劑的制冷效果通常將更強大。
　　通常的“磁彈性耦合”主要來源于稀土化合物，而金屬材料只在變磁過渡時才能發生大的磁彈性耦合。稀土被用于制造電池和永久磁體，由于其在環保技術方面的關鍵作用，目前稀土的需求量與日俱增。因此，這一發現也有助于減少對稀土原料的需求。