Isotropic Negative Thermal Expansion Metamaterials
负热膨胀材料在科学和工程应用中是重要和理想的。然而，具有各向同性负热膨胀的天然材料是罕见的，并且通常在性能上不令人满意。在这里，我们提出了一种新的方法来实现负热膨胀通过超材料的方法。超材料由双材料条和反手性结构相结合的单元构成。实验和模拟结果均显示出各向同性的负热膨胀特性。超材料的负热膨胀系数取决于双材料条中两种组分材料的热膨胀系数之差，也取决于反手征结构中的节点半径和韧带长度.在303.15 ~ 773.15 K的工作温度范围内，测得的线性负热膨胀系数为-68.1 × 10 - 6 1/K，是迄今为止实验测得的最大值之一。我们的研究结果提供了一种新的和实用的方法，以获得可调的各向同性负热膨胀在任何规模的材料。
2015-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Path-integral simulation of ice Ih: The effect of pressure
采用路径积分分子动力学模拟方法研究了50 ~ 300 K温度范围内压力对冰Ih结构和热力学性质的影响。原子间的相互作用，通过使用有效的q-TIP 4P/F势的柔性水建模。正（压缩）和负（拉伸）压力已被认为是，这使我们能够接近这个固体水相的机械稳定性的限制。我们研究了晶体体积、体积模量、原子间距、原子离域和动能对压力的依赖关系。在负压力和正压力下的旋节点都是由体积模量的消失导出的。当P < 0时，在50 ~ 300 K范围内，旋节压变化范围为-1.38 ~-0.73GPa。在正压下，旋节线与冰的非晶化有关，在低温下，旋节线在1.1和1.3 GPa之间。量子核效应导致冰Ih亚稳区的减少。
2012-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Simulation study of negative thermal expansion in yttrium tungstate Y2W3O12
利用密度泛函微扰理论计算了Y_2W_3O_（12）的声子色散曲线，对Y_2W_3O_（12）的负热膨胀进行了模拟研究。将模态特征向量映射到柔度模型上，并与模态Gruneisen参数的计算结果进行比较。结果发现，许多低频声子有助于负热膨胀在Y2 W3 O 12中，所有这些都可以描述在有效刚性的WO 4四面体和Y-O棒的旋转。这一结果与先前对具有负热膨胀的高对称性材料的声子研究截然不同。
2014-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced softening as a common feature of framework structures that have negative thermal expansion
立方硅质沸石的一系列分子动力学模拟的结果表明，压力诱导软化--材料在压力下逐渐变得更可压缩的现象--可能是显示负热膨胀的骨架材料的共同特征。从热力学角度分析了负热膨胀与压力软化之间的关系。
2013-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Negative thermal expansion in ZnF$_2$
用中子衍射研究了$_2$的晶格参数和晶胞体积随温度的变化关系，发现了低温负热膨胀（NTE）。为了理解为什么这种简单的化合物表现出NTE，我们进行了第一原理计算。这些计算再现定性的体积的实验温度依赖性。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Pressure on the Negative Thermal Expansion of Solid Methane
在可以忽略声子和librons的贡献，只考虑转动隧穿模的低温区，计算了压力对固体CH $_4$的热膨胀的影响.压力的影响示出的负热膨胀的峰值的幅度增加，并移动的峰值的位置的低温区域，这将渐近地到零温度，随着压力的增加。计算了转动隧穿模的Gruneisen参量。它是大的，负的，并且随着压力的增加而增加。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Negative thermal expansion near two structural quantum phase transitions
最近的实验工作已经揭示了立方钙钛矿离子绝缘体ScF 3中异常强的各向同性结构负热膨胀发生在非常接近结构量子相变的基态之上的激发态中，提出了一个基本感兴趣的问题，即这种特殊情况是否与异常行为有关。为了验证这一假设，我们报告的弹性和非弹性X射线散射研究的第二个系统Hg2I2也调整附近的结构量子相变，同时保持化学计量组成和高结晶度。我们发现类似的行为和显着的负热膨胀低于100 K的尺寸沿体心四轴，支持负热膨胀和零温度结构转变之间的连接。我们确定了这些系统之间的共同特点，并提出了一套材料的设计原则，可以指导发现新材料表现出负热膨胀。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci
On the Switching between Negative and Positive Thermal Expansion in Framework Structures
热膨胀是许多技术应用中的问题，并且其控制代表了材料设计中的挑战。在这封信中，在研究了ReO 3型结构的热膨胀、晶体向菱面体的转变和晶格参数之间的相关性之后，我展示了在控制热膨胀的不同方法中，关键因素实际上是晶格参数。通过外加压力、化学修饰或其他方法改变晶格参数，可以将导致负热膨胀（NTE）的八面体旋转的单阱势能转变为四次非谐势或双阱势，从而分别增强或抑制NTE。这一结果可以推广到其他框架结构，并应考虑克服控制热膨胀的挑战。
2018-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between phonons and anisotropic elasticity drives negative thermal expansion in PbTiO$_3$
我们使用第一性原理理论表明，成分假设是必不可少的负热膨胀（NTE）的发生-刚性单位声子模式与负格吕奈森参数-既不充分，也不必要的材料进行NTE。相反，我们发现，在PbTiO $_3$中的NTE涉及材料的声子性质（Grüneisen参数）和其各向异性弹性之间的微妙的相互作用。这些独特的见解为我们对材料热性能的基本理解以及在新材料类中寻找NTE开辟了新的途径。
2018-12-10 cond-mat.mtrl-sci
The role of static disorder in negative thermal expansion in ReO3
利用飞行时间中子粉末衍射和比热测量研究了立方对称导电氧化物三氧化二钒的热膨胀性质。晶格参数的温度演化表明，ReO 3在低温下可表现出负热膨胀，从负向正热膨胀的转变取决于样品制备;单晶样品表现出最高转变温度（300 K）和最大的热膨胀系数负值（α = -1.1（1）x 10^-6 K^-1）。对于氧原子，原子位移参数是强烈的各向异性，即使在15 K，静态无序的位移参数的大的贡献表示。对不同样品的氧置换参数的温度演变的进一步检查揭示，对于具有减小的NTE行为的样品，静态无序贡献更大。此外，比热测量表明，ReO 3缺乏其他负热膨胀氧化物，如ZrW 2 O 8中看到的低能量爱因斯坦型模式。
2008-12-05 cond-mat.mtrl-sci
The negative thermal expansion mechanism of zirconium tungstate, ZrW2O8
采用从头算声子柔度分析方法研究了ZrW_2 O_8的负热膨胀。结果表明，没有以前提出的机制充分描述了原子尺度的起源负热膨胀在这种材料。相反，它被发现，在ZrW 2 O 8的NTE驱动，而不是由一个单一的机制，而是由宽频带的声子，类似于振动的近刚性的WO 4单元和Zr-O键在低频率，与变形的O-W-O和O-Zr-O键角稳步增加，随着NTE声子频率的增加。有人断言，这一现象可能提供一个更准确的解释NTE在许多复杂系统尚未研究。
2016-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Simulation study of pressure and temperature dependence of the negative thermal expansion in Zn(CN)$_2$
采用分子动力学模拟方法，利用建立的势函数模型，研究了Zn（CN）$_2$的负热膨胀随压力和温度的变化规律.这项研究的优势，使我们能够重现所有的奇异行为的材料，包括负热膨胀（NTE），降低NTE与升高的温度，压力增强的NTE和压力诱导软化。研究结果为我们提供了详细的数据，将能量空间和真实空间中的属性联系起来，为我们理解属性及其之间的联系提供了见解。
2013-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Negative Thermal Expansion in Solid Deuteromethane
本文计算了固态CD $_4$ III在低温区的恒压热膨胀，在该低温区，只有转动隧穿模是必不可少的，声子和librons的影响可以忽略。发现在mK区存在一个负热膨胀巨峰。该峰的高度与固体N-$_2$、CO、O-$_2$或CH $_4$在其三相点的热膨胀相当或甚至超过其热膨胀。它表明，在轻甲烷的情况下，压力的影响是非常不寻常的：从热力学Grüneisen参数（这是负的，在绝对值大）的压力依赖性证明，固体CD $_4$变得越来越量子与压力上升。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Micro-Structured Two-Component 3D Metamaterials with Negative Thermal-Expansion Coefficient from Positive Constituents
控制材料的热膨胀具有重要的技术意义。不受控制的热膨胀可导致结构和装置的失效或不可逆的破坏。在普通晶体中，热膨胀由微观结合势的不对称性决定，而这种不对称性不容易调节。在称为超材料的人造晶体中，热膨胀可以通过结构来控制。在这里，根据以前的理论工作，我们制造三维双组分聚合物微晶格使用灰度激光光刻。我们进行交叉相关分析的光学显微镜图像在不同的样品温度。导出的位移矢量场揭示了双材料梁的热膨胀和由此产生的弯曲导致布置在一个超材料单元内的3D棋盘图案上的3D手征十字的旋转。这些旋转可以过度补偿膨胀，并导致所有正成分的有效负的热长度膨胀系数，证明了热膨胀控制的惊人水平。
2016-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Defect-dependent colossal negative thermal expansion in UiO-66(Hf) metal-organic framework
热致密化的对苯二甲酸铪UiO-66（Hf）显示出对于金属有机骨架（MOF）而言迄今报道的最强的各向同性负热膨胀（NTE）效应。在框架内并入相关空位缺陷影响热致密化的程度和在致密化产品中观察到的NTE的大小。因此，我们证明，缺陷夹杂物可以用来系统地调整的物理行为的MOF。
2015-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Negative Hydration Expansion in ZrW2O8: Microscopic Mechanism, Spaghetti Dynamics, and Negative Thermal Expansion
我们使用X射线衍射，总散射和量子力学计算相结合，以确定负责水合驱动的收缩在ZrW $_2$ O $_8$的机制。在ZrW $_2$ O $_8$网络中包含H $_2$ O分子，促使新的W-O键协同形成，得到一维（--W-O--）$_n$弦. ZrW $_2$ O $_8$网络的拓扑结构使得弦轨迹没有唯一的选择：相同的局部坐标变化可以以大量不同的周期传播。因此，ZrW $_2$ O $_8$是严重无序的，每种结构的弦形成一个密集的非周期性“意大利面条”。这种新的连接性使晶胞\emph{via}在Zr和W原子位置上的大位移收缩。波动的未扭曲的父结构对这个意大利面条相出现的关键NTE声子模式在ZrW $_2$ O $_8$本身。ZrW $_2$ O $_8$中NTE声子模的大相对密度实际上反映了体积收缩的意大利面条激发的简并性，其本身是这种非凡材料的特定拓扑结构的函数。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Unusual Low-Energy Phonon Dynamics in the Negative Thermal Expansion Compound ZrW2O8
红外研究的声子谱的ZrW 2 O 8作为温度的函数，其中包括低能量（2-10毫电子伏）区域相关的负热膨胀的报告和讨论的背景下，比热和中子态密度的结果。在低能量和它们所观察到的温度依赖性的红外活性声子的流行是非常不寻常的，并指示异国情调的低能晶格动力学。本征矢量计算表明，在每个低频IR模式的librational和平移运动的混合。欠约束结构的作用，在建立这些模式的性质，以及红外光谱和大的负热膨胀在ZrW 2 O 8之间的关系进行了讨论。
2004-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Porous composite with negative thermal expansion obtained by photopolymer additive manufacturing
增材制造技术是一种基于材料内部几何结构机理制备具有各种有效性能的复合材料和多孔材料的新方法。通过AM制造的材料可以快速地用于工业应用，因为它们可以容易地嵌入到目标部件中，采用与用于体材料的AM工艺相同的AM工艺。此外，多材料AM比通常的单材料AM在制备具有有效性能的材料方面具有更大的潜力。负热膨胀是通过设计由具有不同热膨胀系数的两种材料制成的复合材料而实现的代表性有效材料性质。在本研究中，我们开发了一种多孔复合材料具有平面负热膨胀，采用多材料光聚合物AM。在测量本体光聚合物的物理性质之后，通过拓扑优化设计内部几何形状，这是最有效的结构优化，在最小化热应力和最大化刚度方面。设计的结构被转换成三维STL模型，这是一个原生的数字格式的AM，并组装作为一个测试件。利用激光扫描热膨胀仪测量了试样的热膨胀。试样在室温附近清楚地显示出负热膨胀。
2015-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the colossal positive and negative thermal expansion in Ag$_3$[Co(CN)$_6$]: an {\it ab initio} Density Functional Theory study
用密度泛函理论（DFT）计算了Ag $_3$ [Co（CN）$_6]$]的巨大正、负热膨胀.结果表明，由于Co-C-N-Ag-N-C-Co键链中存在由近刚性键构成的网络结构，使得三角基面内的正膨胀和正交方向上的负膨胀相互耦合.热膨胀系数的巨大值的起源来自于极浅的能量表面，该能量表面允许以小的能量成本弯曲结构。热膨胀可以通过整体Grüneisen参数的适度值来实现。能量表面是如此之浅，以至于我们需要引入一个小的经验色散相互作用，以给出与低温实验值相匹配的基态晶格参数。我们比较的结果与DFT计算两个同构系统：H $_3$ [Co（CN）$_6$ ]，这是已知的热膨胀系数的值要小得多，和Au $_3$ [Co（CN）$_6$ ]，这还没有被合成，但我们的计算预测是另一个候选材料显示巨大的正和负热膨胀。
2008-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Artificial Material with Negative Thermal Expansion: A Simple Geometrical Approach
本文介绍了具有负热膨胀（NTE）的材料的建模和设计。基本假设是材料中原子之间的势可以近似为Lennard-Jones势（6-12），并且主要相互作用仅在最近的邻居之间。当满足sigma_AA = sigma_BB = sigma_AB，sigma_AA = sigma_BB <sigma_AB/4时，由交替原子层形成的材料可能经历NTE，其中sigma_ij和sigma_ij是Lennard-Jones参数
2016-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Negative Thermal Expansion Behaviour in MZrF6 (M=Ca, Mg, Sr): Ab-initio Lattice Dynamical Studies
金属氟化物的热膨胀行为可以通过选择合适的金属阳离子来调节。我们提出了从头算晶格动力学研究的金属氟化物（CaZrF 6，MgZrF 6和SrZrF 6），并确定负责在这些材料中的负热膨胀的非谐声子模式。这些声子涉及ZrF 6多面体旋转运动，这导致Zr-F-Zr键中的氟原子的振动的大的横向振幅。氟原子的热振幅各向异性越大的化合物，其NTE行为越大。这使得能够理解这些化合物在高温下的热膨胀行为的大变化。计算还预测了这些非简谐声子的频率随温度的升高而降低。
2018-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic-Soft Optical Mode Coupling Leads to Negative Thermal Expansion of GeTe near the Ferroelectric Phase Transition
GeTe是众所周知的铁电和热电材料，其在$\sim 600-700$ K下经历从菱面体到岩盐结构的结构相变。我们提出了第一性原理方法来计算GeTe的热膨胀在菱面体相的居里温度。我们发现的亥姆霍兹自由能相对于每个结构参数的方式类似于传统的Gr{ü}奈森理论的最小值，并占弹性常数的温度依赖性。我们得到了菱面体GeTe的结构参数随温度的变化，与实验结果非常吻合。特别是，我们正确地再现了负体积热膨胀附近的相变的GeTe。我们发现负热膨胀是由声学声子和软横光学声子之间的耦合引起的，这也是GeTe低晶格热导率的原因。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Phonon anharmonicity and negative thermal expansion in SnSe
采用实验和第一性原理模拟相结合的方法研究了Pnma相SnSe的非简谐声子性质。利用非弹性中子散射（INS）和核共振非弹性X射线散射（NRIXS），我们已经测量了声子色散和态密度（DOS）和它们的温度依赖性，这揭示了一个强大的，不均匀的移动和加宽的光谱变暖。第一原理模拟进行合理化这些测量，并解释以前报道的各向异性热膨胀，特别是负热膨胀内的Sn-Se双层。除了电子基态能量之外，包括声子自由能的各向异性应变依赖性对于再现负热膨胀是必要的。从声子DOS获得与INS和额外的量热测量，我们量化的谐波，膨胀，和非谐分量的声子熵，热容，和自由能。非谐声子热力学的起源与电子结构有关。
2016-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Large Negative Thermal Expansion in Pentacene due to Steric Hindrance
并五苯晶体中沿$a$的单轴负热膨胀是低聚并苯系列中的一个特殊性，并且对于结晶固体是异常大的。从120 K到413 K的全X射线结构分析表明，占主导地位的热运动是刚性分子围绕其长轴的振动，修改了描述层内人字形包装的分子间角。该人字形角随温度增加（每100 K增加0.3 - 0.6 $^{\circ}$），并引起层内分子的各向异性重排，即在$b$方向上的膨胀和沿$a$的明显收缩。此外，较大的人字形角改善了相邻平行分子之间的共面重叠，从而增强了吸引范德华力。
2007-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Framework Flexibility and the Negative Thermal Expansion Mechanism of Copper(I) Oxide, Cu2O
负热膨胀（NTE）机制的特点是通过不同的Cu 2 O结构的灵活性模型映射到声子使用从头算晶格动力学。低频声学模式，负责该材料中的NTE对应于刚性O-Cu-O棒的振动。也有一些小的贡献，从更高的频率的光学模式，对应于刚性和近刚性OCu 4四面体以及近刚性O-Cu-O棒的旋转。主NTE模式也驱动铁弹相变在高压下，我们的计算预测这是一个正交晶系的结构与空间群Pnnn。
2014-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Zentropy Theory for Positive and Negative Thermal Expansions
在天然和人造材料中都观察到，体积有时会随着温度的升高而减小。虽然对某些个别材料已经有了机械上的理解，但对“为什么体积有时会随着温度的升高而减小？””仍然缺乏。基于体积对温度的导数，即，热膨胀等于熵对压力的负导数，我们发展了一个多尺度熵的一般理论来理解和预测体积随温度的变化，这在本工作中被称为zentropy理论。结果表明，在高温下的相是基态稳定和多个非基态亚稳组态的统计表示。结果表明，当主要非基态组态的体积小于基态组态的体积时，在一定的温压组合范围内，相的体积随温度的升高而减小，表现出临界点处热膨胀的负发散性.作为例子，正和负的热膨胀的发散分别在Ce和Fe3Pt的临界点，以及异常的正和负热膨胀的温度和压力范围进行预测。作者认为，由于熵的变化驱动着系统对外界刺激的响应，因此z熵理论也适用于预测相的其它物理性质的反常。
2022-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Isotope effects in ice Ih: A path-integral simulation
采用柔性水的有效q-TIP 4P/F势模型，通过路径积分分子动力学模拟对冰Ih进行了研究.这使我们能够分析有限温度量子效应在这个固相从25至300 K在环境压力下。在这些效应中，我们发现了冰在低温下的负热膨胀，这在经典的分子动力学模拟中没有出现。由体积涨落导出的压缩系数给出了与实验数据相符的结果。我们分析了同位素效应在冰Ih考虑正常，重，氚化水。特别地，我们研究了改变氢的同位素质量对晶体中的动能和原子离域的影响，以及对原子间距离和摩尔体积等结构性质的影响。对于D $_2$ O冰Ih在100 K，我们得到的摩尔体积和分子内的O-H距离的减少分别为0.6%和0.4%，相比H $_2$ O冰。
2011-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Negative Thermal Expansion and Some Elastic properties of a Class of Solids
我们考虑的热膨胀，变化的声速与压力和温度，和泊松比的晶格具有刚性单元（多面体非常大的刚度，改变键长和键角的变化）连接到其他这样的单位通过相对可压缩的多面体。我们表明，在这样一个模型中，刚性单元的旋转势能只能作为组合${\boldsymbol Θ}_i \equiv ({\boldsymbol θ}_i - (\nabla \times {\bf u}_i)/2)$的函数发生，其中${\boldsymbol θ_i} $是刚性单元$i$的正交旋转角和${\bf u}_i$是它的位移。由于这种新的不变量的弹性理论和层次的力常数的模型，一个负的热膨胀系数，以及在固体的弹性常数随温度和压力的下降。这些与观察结果一致。
2010-04-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of phonon anharmonicity and negative thermal expansion in ScF3
采用基于密度泛函理论的非谐自由能方法研究了立方相三氟化钪（ScF 3）大负热膨胀的微观起源.我们表明，传统的准谐波近似（QHA）完全打破ScF3和四次非谐性，处理非微扰的自洽声子理论，是必不可少的再现所观察到的过渡从负到正的热膨胀系数和硬化的R4+软模加热。此外，我们表明，从三次非谐振动自由能的贡献，改进的自洽声子理论评估，是显着的和重要的，从四次非谐稳健的理解的热膨胀系数的温度依赖性。本研究的第一性原理方法使我们能够计算各种热力学性质的固体在热力学极限的三次和四次非谐性的影响。因此，它有望解决许多已知的问题，特别是在高温和强非谐材料的QHA为基础的预测显着。
2019-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Negative thermal expansion and local lattice distortion in the (Sc1-xTix)F3 and related solid solutions
负热膨胀（NTE）是一种不常见的但对控制热膨胀非常重要的性质。在本研究中，化学改性是利用工程可控的热膨胀立方NTE氟化钪。在Sc_（1-x）M_xF_3（M = Ti，Al和Ga）中获得了一个宽的热膨胀系数窗口（CTE = -1.51 ~ -3.4 10 ^-6 K-1，300-800 K）。高能同步辐射X射线粉末衍射分析表明，（Sc_（1-x）Ti_x）F_3的长程结构符合立方Pm-3 m对称性。采用对分布函数（PDF）方法对同步辐射X射线全散射进行了分析，研究了局域晶格畸变。结果表明，非平衡效应的减弱与晶格局部畸变密切相关。基于耦合转动模型，我们推测这种局域畸变可能会抑制F原子的横向振动，从而降低NTE。本文的工作为开骨架固体中可控NTE的设计提供了可能的参考。
2016-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Geometrically frustrated GdInO$_3$: An exotic system to study negative thermal expansion and spin-lattice coupling
在这篇文章中，我们报告了负热膨胀和自旋挫折在六方GdInO $_{3}$。Rietveld精修的XRD图谱表明，在50- 100 K温度范围内负热膨胀源于Gd $^{3+}$离子的三角晶格。在低温下，磁化率倒数（$χ^{-1}$）与$T$的关系曲线与居里-外斯定律的关系曲线向下偏离，表明自旋阻挫抑制了低至2K的长程磁有序。磁致伸缩测量清楚地表明了强的自旋-晶格耦合。低温反常声子软化，从温度相关的拉曼测量，也揭示了相同的。我们的实验观测得到了第一性原理密度泛函理论计算的电子和声子色散的GdInO $_3$。计算结果表明，GdInO $_3$晶格在低温下是高度受挫的。此外，计算的Gd相关的$Γ$点声子的简正模频率被发现依赖于晶格的磁结构，这表明显着的磁弹性耦合。
2016-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Classical model of negative thermal expansion in solids with expanding bonds
我们研究了负热膨胀（NTE）在模型晶格与多个原子每个细胞和第一和第二近邻相互作用使用（非谐）莫尔斯势。通过对键的近邻距离和热膨胀率的相空间分析，确定了NTE产生的条件。通过允许所有的键长以不同的速率扩展，我们发现NTE是可能的，而不需要完全刚性的单元。几乎恒定的，大幅度的，各向同性的NTE观察到的熔融温度在一个经典的分子动力学模型的$\mathrm{ReO}_3$样结构时，八面体单元的刚性几乎完全消除。只有弱的NTE，改变到积极的扩张时，观察角连接的八面体是刚性的，与灵活的第二相邻键之间的相邻八面体允许容易旋转。我们观察到类似的变化，热膨胀行为的金刚石晶格：NTE时，第二个邻居的相互作用是弱到积极的热膨胀时，第二个邻居的相互作用是强的。从这些观察，我们认为，NTE的唯一必要的局部条件是原子与低配位数以及非常低的能量改变键角相对于键拉伸能量。
2016-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Colossal magnetostriction and negative thermal expansion in the frustrated antiferromagnet ZnCr2Se4
本文详细研究了ZnCr_2Se_4在T_N = 21 K时的强铁磁交换和反铁磁序。比热C和热膨胀Δ L/L在反铁磁转变处表现出尖锐的一阶反常。外磁场强烈降低T_N，使T_N向低温移动，最后T_N被完全抑制，表明在60 kOe附近存在场致量子临界行为。Δ L/L（T）非常大，在75 K以下直到T_N都表现出负的热膨胀，表明晶格有很强的阻挫。磁致伸缩Δ L/L（H）显示出与巨磁致伸缩材料相当的巨大值（0.5 × 10 ^{-3}）。电子自旋共振，然而，显示出可忽略不计的自旋轨道耦合，不包括轨道诱导的Jahn-Teller扭曲。结果表明，T_N处的结构不稳定性是由自旋驱动的，可以用铁磁和反铁磁交换相互作用产生的强键阻挫来解释.
2006-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Properties, Thermal Expansion, and Thermomechanics of Silicene and Germanene
我们报告了一个层次的第一性原理研究的晶格维数和键的晶格动力学特性的硅烯和锗烯的纠缠效应。结果表明，键的弯曲（伸缩）对Grüneisen常数有负（正）贡献，从而导致负的声学Grüneisen常数（正的光学Grüneisen常数）.化学官能化导致的层增厚（键弱化）倾向于增加（减少）声学（光学）Grüneisen常数，由于增加（减少）键拉伸效应。负- $γ$模式的激发导致负热膨胀，而模式激发和热膨胀在热机械中彼此竞争。硅烯和锗烯对功能化的敏感结构和电子响应帮助我们推导出二维晶格动力学的通用物理图像。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci
A Novel Discovery of Negative Thermal Expansion in Rare-earth Pyrochlore through Anion Order-Disorder Transition
本文首次发现稀土烧绿石中由氧阴离子从48f位向8b位迁移引发的负热膨胀效应，并利用深度学习势揭示了压力对该转变的调控作用。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
In Search of Microscopic Evidence for Molecular Level Negative Thermal Expansion in Fullerenes
我们报告了C60和内嵌Kr@C60富勒烯的高分辨率远红外振动特性作为温度的函数。F1 u（1）模（526 cm-1）在整个研究温度范围（300 - 10 K）内出现异常软化，表明富勒烯笼在这些分子固体中可能在低温下膨胀。为了测试这个想法，我们结合这些结果与温度和压力相关的拉曼，红外，和Kr扩展的X射线吸收精细结构的数据从文献中提供一个全面的局部笼尺寸效应。结果与最近的分子动力学研究一致[Kwon et al.，物理修订版信函92，15901（2004）]，其预测碳富勒烯中的负热膨胀。
2006-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast negative thermal expansion driven by spin-disorder
我们用超快X射线衍射测量了激光激发后钇、钬和铌组成的纳米多层膜系统中的瞬态应变分布。通过每层的应变传播由材料特定的布拉格角的瞬态变化确定。我们从实验上推导出驱动应变波的指数下降的应力分布，并表明它与光学穿透深度密切匹配。低于Ho的Neel温度，光激发触发负热膨胀，这是由准瞬时收缩应力引起的，并且第二收缩应力贡献在12 ps时间尺度上上升。最近测量了Ho中自旋无序的这两个时间尺度[Rettig等人，PRL 116，257202（2016）]。因此，我们观察到一个非常规的双极应变脉冲与反向符号通过异质结构旅行。
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative understanding of negative thermal expansion in scandium trifluoride from neutron total scattering measurements
负热膨胀（NTE）--某些材料在受热时收缩而不是膨胀的现象--既有趣又有用，但仍然知之甚少。目前的理解取决于特定振动模式的作用，但事实上，热膨胀是每个可能模式贡献的加权和。在这里，我们克服了这一困难，推导出一个真实的空间模型的原子运动的原型NTE材料三氟化钪，ScF3，从总中子散射数据。我们表明，在这种材料中的NTE不仅取决于刚性单元模式-振动中的钪协调八面体保持不失真-但也扭曲这些八面体的模式。此外，与以前的预测相比，我们表明，通过非谐相互作用与重整化耦合的准谐波近似描述了这种行为。我们的研究结果指向一个新的理解如何NTE表现在真实的材料。
2020-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Microwave Heating of Water, Ice and Saline Solution: Molecular Dynamics Study
为了研究2.5- 20 GHz微波加热水的过程，我们采用非极化水模型，在刚体分子上带有固定点电荷，进行了分子动力学模拟。所有试验均从具有给定密度和温度的I $_{c}$冰的平衡状态开始。在存在微波的情况下，液态水的分子表现出旋转运动，其平均相位延迟于微波电场。微波能量被转换为水的动能和分子间能量，其中三分之一的吸收的微波能量被存储为后者的能量。由于水分子紧密的氢键网络，冰相的水几乎不被微波加热。在纯水中加入少量的盐，由于大尺寸负离子的晃动导致水网络中的缺陷而减弱，从而大大增加了加热速率。
2006-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous thermal conductivity and suppression of negative thermal expansion in ScF3
空的钙钛矿ScF 3在高达1100 K时表现出负的热膨胀。我们表明，从头计算的温度依赖性的有效声子谱允许定量描述该化合物的行为和抑制负热膨胀。基于这一结果，我们预测的热导率的异常温度依赖性，并解释它作为钙钛矿类的一般特征。最后，我们评论的事实，即抑制负热膨胀在这样高的温度是超出了准谐波近似的范围，我们讨论了这种抑制的基础上的温度依赖性的模式Grüneisen参数。
2016-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The microscopic origin of anomalous properties of ice relies on the strong quantum anharmonic regime of atomic vibrations
水冰是一种独特的物质，具有负热膨胀和反常体积同位素效应等物理性质。它们产生于弱氢键和核量子涨落之间的相互作用，使得理论计算具有挑战性。在这里，我们采用随机自洽谐波近似（SSCHA）研究热和量子涨落如何影响冰XI从头算的物理性质。关于反常的VIE，我们的工作揭示了氢的量子效应是如此之强，以至于处于非线性状态：当氢的质量从质子逐渐增加到无穷大（经典极限）时，体积首先膨胀，然后收缩，最大值略高于氚的质量。我们观察到约10%的弯曲和拉伸声子频率探测在红外和拉曼实验中的非谐重整化。这是第一次，我们报告了低能量声子色散与实验数据的准确比较，这可能要归功于电子相关和核量子和热涨落的高精度，为从第一原理研究冰中的热输运和冰在压力下的模拟铺平了道路。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Negative thermal expansion in CdSe quasi-two-dimensional nanoplatelets
采用准谐近似下的第一性原理计算了具有2 ~ 5个单层的锌层结构的CdSe纳米片的面内热膨胀系数（CTE）。所获得的结果与那些为散装的CdSe与锌的晶体和纤锌矿结构的比较发现负CTE的大小和其在纳米片中观察的温度范围的显着增加。对CdSe纳米片的负热膨胀的主要贡献是由体相CdSe的TA声子折叠产生的面外弯曲ZA模和面内光学$E$模给出的。
2019-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Disorder in Negative Thermal Expansion Compound Zn(CN)2
用准弹性中子散射技术研究了负热膨胀化合物Zn（CN）2在170-320 K温度范围内的动力学无序。在约250 K的相变温度以上观察到显著的准弹性增宽，然而在220 K及以下没有观察到增宽。在高温下的数据进行了分析，假设CN重新取向。在270和320 K下，CN取向的特征时间分别为16 ps和11 ps。
2009-05-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Soft Manifold Dynamics Behind Negative Thermal Expansion
极小模型的开发，以检查大的负热膨胀（NTE）在欠约束系统的起源。这些模型的动力学揭示了欠约束如何组织一个广泛的低能量模式，不仅驱动NTE，但延伸到整个Brillioun区。这些模式的本征矢量中的扭曲和平移的混合，其中在ZrW2O8有红外和中子散射测量的证据，自然出现在我们的模型中作为欠约束的动态签名。
2008-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Uniaxial negative thermal expansion in a tetragonal V3S-type superconductor IrZr3
本研究在四方晶系V3S型超导体IrZr3中观测到单轴负热膨胀现象，其c轴晶格参数随温度升高而减小，超导转变温度为2.3 K，为设计耐温超导器件提供了新的材料思路。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Uniaxial negative thermal expansion in an orthorhombic superconductor CoZr3
利用同步辐射和实验室（CuKα）X射线衍射研究了转变温度为4.3K的正交晶系CoZr 3超导体的晶体结构随温度的变化。在T = 90-800 K的较宽温度范围内，CoZr_3沿c轴表现出与四元CoZr_2相似的单轴负热膨胀，而a轴和b轴表现出正热膨胀。
2022-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Negative thermal expansion and magnetoelastic coupling in the breathing pyrochlore lattice material LiGaCr4S8
用中子衍射、X射线衍射、磁化率和热容测量等方法研究了尖晶石LiGaCr_4S_8的物理性质。中子衍射和同步辐射X射线衍射数据表明，在111（4）K以下，材料具有负热膨胀（NTE）。随着NTE的出现，磁化率偏离居里-外斯行为。在低温下，磁化率在10.3（3）K处的宽峰伴随着正常热膨胀的恢复。第一性原理计算发现晶格和模拟的磁基态之间有很强的耦合。这些结果表明，在LiGaCr 4S 8强磁弹性耦合。
2018-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Evidence for monoclinic crystal structure and negative thermal expansion below magnetic transition temperature in Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O_3
用同步辐射粉末X射线衍射数据解决了Pb（Fe_（1/2）Nb_（1/2））O_3多铁性晶体室温结构的争论。在300 ~ 12 K温度范围内的Rietveld精修结果表明，在Cm空间群中，该结构保持单斜，但在磁转变温度（T_N）处，由于自旋晶格耦合，晶格参数出现异常。晶格体积表现出负的热膨胀行为，α =-4.64 x 10^-6 K^-1，低于T_N。
2007-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Negative thermal expansion in the Prussian Blue analog Zn3[Fe(CN)6]2: X-ray diffraction and neutron vibrational studies
用X射线粉末衍射和中子非弹性散射研究了立方普鲁士蓝（PB）类似物Zn 3 [Fe（CN）6]2。在300和84 K收集的X射线数据显示负热膨胀（NTE）的行为，这种材料。发现NTE系数为-31.1 x 10-6 K-1。本文详细研究了Zn_3 [Fe（CN）_6]_2·xH_2 O的中子振动光谱。INS光谱显示出与Fe和Zn八面体的拉伸和变形模式对应的界限分明、分离良好的谱带，均低于800 cm-1。
2011-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Negative thermal expansion in single-component systems with isotropic interactions
我们设计了一个各向同性的相互作用势，它在宽的温度和压力范围内（包括零压力），在二维和三维的平衡多粒子系统中产生负热膨胀（NTE）行为。一个优化过程中使用，以找到一个潜在的，产生一个强大的NTE效果。引起这种行为的潜在的一个关键特征是其吸引盆的软化内部。尽管这种异常行为在具有定向相互作用的材料系统中是公知的（例如，钨酸锆），据我们所知，这是第一次，NTE行为已被确定为发生在单组分多粒子系统的各向同性相互作用。使用恒压蒙特卡罗模拟，我们表明，随着温度的增加，系统呈现负，零，然后正热膨胀熔化前（两个和三维系统）。该行为被明确地与Lennard-Jones系统的行为进行比较，Lennard-Jones系统在所有温度和压力下加热时表现出典型的膨胀。
2008-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phase coexistence and negative thermal expansion in the triple perovskite iridate Ba$_{3}$CoIr$_{2}$O$_{9}$
用高分辨同步辐射衍射研究了3 - 5 $d$基三钙钛矿铱酸盐Ba $_{3}$ CoIr $_{2}$ O $_{9}$的反常热膨胀.在107 K的磁结构转变以下，反铁磁有序的开始与六方结构的单斜畸变相关联。在磁有序状态的更深处，单斜相的一部分甚至进一步扭曲，这两种结构相共存到最低测量温度。我们观察到负热膨胀在这个阶段共存制度，这似乎是密切相关的温度驱动的这些单斜相的相对分数。在这个系统中观察到的显着的NTE可能是由磁交换伸缩驱动，并与一些系统具有显着的自旋轨道相互作用。
2020-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Study of negative thermal expansion in the frustrated spinel ZnCr2Se4
探讨了键阻ZnCr_2Se_4中负热膨胀（NTE）的成因。ESR和FTIR记录了一个理想的顺磁状态高于100 K，低于该铁磁团簇共存的顺磁状态下降到TN。在100 K以上，用修正的顺磁居里-外斯定律拟合磁化率倒数，得到了指数变化的交换积分J。当J为变量时，铁磁团簇中的磁交换能和晶格弹性能通过磁弹性相互作用有效地耦合在一起，在交换能损失而晶格弹性能增加的情况下发生NTE.
2014-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effects of Spin Fluctuations and Anomalous Thermal Expansion of delta-Plutonium
我们提出了一个模型的磁动力学的钚及其合金，以表明，动态的磁化强度密度的波动，或自旋波动，可能是负责的异常，他们观察到的热膨胀。我们表明，由于强磁弹性耦合，自旋波动可能基本上有助于通过提供一个负的磁体积的贡献，是成比例的平方本地磁矩和磁Gruneisen常数，这是负的钚的体积应变。在该模型中，局域磁矩随温度升高而增大，导致晶格对体应变的正贡献和自旋涨落对体应变的负贡献相互作用，最终导致因瓦反常或负的热膨胀系数.我们的计算结果与Pu-Ga合金的热膨胀测量数据吻合得很好。
2010-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Cryogenic stabilization of molecular hydrogen in dense cubic ice
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；École Polytechnique（巴黎综合理工学院）；The University of Tokyo（东京大学）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）；CSIC – Universidad de Zaragoza（西班牙高等科学研究理事会–萨拉戈萨大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）
研究发现致密立方冰可在低温下稳定分子氢，通过X射线衍射等技术证实氢在冰结构中可保留至130K，并展示其作为氢储存材料的潜力。
2026-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
