科學(xué)家觀察到金屬磁體中最大原子位移

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，英國(guó)科學(xué)家在金屬磁體熱膨脹中觀察到最大原子位移，此一發(fā)現(xiàn)將在高效傳感器、制冷劑等未來新材料的研發(fā)中發(fā)揮重要作用。
　　一般情況下，大部分材料在磁場(chǎng)中都會(huì)發(fā)生微小形變。英國(guó)劍橋大學(xué)的阿勒桑德·巴克扎及其合作者在最近一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，一種含錳的磁性材料CoMnSi，兩個(gè)鄰近原子之間的位移達(dá)到2%，這是迄今為止在金屬磁體中發(fā)現(xiàn)的最大位移距離。磁體具有強(qiáng)大的磁彈性作用，正是這種機(jī)制造成了某些材料內(nèi)原子會(huì)出現(xiàn)大的位移。
　　通過一種名為高效中子衍射結(jié)合磁力測(cè)量的方法，科學(xué)家在觀察中發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)變化會(huì)引起材料的磁性突然增加，稱為變磁性過渡階段。此時(shí)，材料磁性的變化來源于原子之間的一種強(qiáng)大磁彈性耦合。磁彈性耦合作為一種變磁臨界點(diǎn)的前兆，加強(qiáng)了變形效果，于是出現(xiàn)了加熱時(shí)錳原子之間距離發(fā)生2%的“巨大”改變。
　　倫敦帝國(guó)學(xué)院物理學(xué)家卡爾·桑德曼解釋說，在磁場(chǎng)中，受到兩對(duì)不同錳原子之間交換作用的驅(qū)動(dòng)，雖然材料整個(gè)體積的熱膨脹非常小，但它在一個(gè)軸向上長(zhǎng)度的顯著減少，就會(huì)伴隨著其他兩個(gè)軸向上溫度增加或磁場(chǎng)和正向熱膨脹。材料的體積變化在整體上很小的時(shí)候，形變?cè)谝粋€(gè)方向上會(huì)很大。尤其是，紋理材料會(huì)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(fā)現(xiàn)有助于許多領(lǐng)域的研究。比如磁性制冷材料和磁伸縮材料，它們?cè)诖艌?chǎng)中的反應(yīng)變化，可用作傳感器或制動(dòng)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(yīng)。
　　與氣體揮發(fā)制冷不同，固態(tài)磁性制冷劑屬于高效室溫制冷。桑德曼說，采用磁場(chǎng)改變材料的狀態(tài)能提供一種制冷效果，這是來自于固體形態(tài)的轉(zhuǎn)變，而不是傳統(tǒng)的壓縮冰箱里那種把液體蒸發(fā)為氣體帶來的制冷。如果在一些具有和諧晶格結(jié)構(gòu)的材料里，磁性制冷劑的制冷效果通常將更強(qiáng)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(shí)才能發(fā)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(huán)保技術(shù)方面的關(guān)鍵作用，目前稀土的需求量與日俱增。因此，這一發(fā)現(xiàn)也有助于減少對(duì)稀土原料的需求。