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
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
Anharmonicity and scissoring modes in the negative thermal expansion materials ScF$_3$ and CaZrF$_6$
我们使用一种基于X射线对分布函数分析的方法来研究两种ReO $_3$类化合物：ScF $_3$和CaZrF $_6$的负热膨胀机制。平均和局部结构表明，这是由于动态刚性和半刚性的“剪切”模式，有利于观察到的NTE行为的灵活性的M-F-M链接（M = Ca，Zr，Sc）。这些动态失真的幅度是更大的CaZrF $_6$比ScF $_3$，这对应于与较大幅度的热膨胀在文献中报道的前者。我们表明，这种灵活性增强CaZrF $_6$由于岩盐订购混合的字符，这些剪切模式。此外，我们表明，在ScF $_3$负责的结构的灵活性和刚性的单元模式之间的非谐耦合有助于异常高的NTE行为在这种材料。
2020-02-03 cond-mat.mtrl-sci
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
Axis thermal expansion switching in transition-metal zirconides TrZr2 by tuning the c/a ratio
本研究通过Tr位取代调节c/a比，在多种CuAl2型TrZr2化合物中实现了从正热膨胀到c轴单轴负热膨胀的切换，为设计零热膨胀材料提供了原则。
2023-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio molecular dynamics simulations of negative thermal expansion in ScF3: the effect of the supercell size
氟化钪（ScF 3）属于一类负热膨胀（NTE）材料。它示出了高达约1000 K的强晶格收缩，在更高的温度下切换到膨胀。本文采用从头算分子动力学（AIMD）方法，在等温等压（NpT）系综下研究了300 ~ 1600 K温度范围内ScF 3的NTE效应.得到了晶格常数、原子间Sc-F-Sc键角分布以及Sc-F和Sc-Sc径向分布函数随温度的变化关系，其中a为ScF_3的晶格参数，随超晶胞尺寸从2a × 2a × 2a到5a × 5a × 5a变化。在600 K的实验Sc K边EXAFS数据的比较是用来验证AIMD模拟的准确性。我们的研究结果表明，AIMD计算能够在ScF 3中定性地再现NTE效应，但是应使用大于2a x 2a x 2a的超晶胞尺寸来准确地解释动态无序。在ScF 3的NTE的起源被解释的膨胀和旋转之间的相互作用的ScF 6八面体。
2020-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Charge-ice dynamics in the negative thermal expansion material Cd(CN)$_2$
利用变温（150- 300 K）单晶X射线衍射技术重新研究了各向同性负热膨胀（NTE）材料Cd（CN）$_2$的环境相结构和动力学之间的相互作用.我们找到了强有力的实验证据，低能量的振动模式，涉及偏离中心的镉$^{2+}$离子的存在。这些模式具有增加网络堆积密度的效果-这表明NTE的机制不同于普遍接受的相关Cd（C/N）$_4$旋转模式的图片。强的本地相关性相邻的镉中心的位移方向是显而易见的，在实验中的X-射线衍射图案的高度结构化的漫散射的存在。蒙特卡罗模拟表明，这些模式可能会被解释为一套基本的“冰规则”，建立一个动态之间的映射镉（CN）$_2$和质子订购立方冰VII。
2012-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Origin of negative thermal expansion and pressure induced amorphization in zirconium tungstate from machine-learning potential
在原子水平上理解材料的各种宏观压力-体积-温度特性一直是物理学家和材料科学家的目标。特别地，诸如钨酸锆（ZrW 2 O 8）的一些材料表现出包括负热膨胀（NTE）和压力诱导非晶化（PIA）的多种奇异性质。在这里，使用基于机器学习的深势，我们将ZrW 2 O 8中的这两种现象追溯到一个共同的原子起源，其中非桥接O原子起着关键作用。我们证明了非桥O原子赋予多面体的振动很大的灵活性，并在动力学上驱动体积收缩加热，或NTE。此外，超过一定的临界压力，我们发现，非桥接O原子的迁移导致额外的键的形成，降低势能，这表明PIA是一个潜在的驱动一级相变。最重要的是，我们确定了第二个临界压力超过该非晶相的ZrW 2 O 8经历了一个隐藏的相变从一个可逆的阶段到一个不可逆的。
2022-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Unusual compressibility in the negative-thermal-expansion material ZrW2O8
负热膨胀（NTE）化合物ZrW2O8已被充分研究，因为它在很宽的温度范围内保持立方，具有几乎恒定的各向同性NTE系数。然而，它的弹性常数似乎和它的体积一样奇怪，因为NTE使温度作为正压，在变暖时减少体积，并且与大多数材料不同，热压缩固体软化。ZrW2O8在单独施加压力时是否也会软化？使用脉冲回波超声在静压SiC砧单元，我们确定的弹性张量的单晶ZrW2O8近300 K作为压力的函数。我们确实发现了体积模量随压力的不寻常的下降。我们的研究结果与传统的晶格动力学不一致，但确实表明，完全约束晶格模型可以将NTE与弹性软化联系起来，因为温度或压力的增加会减少体积，从而建立模型的预测能力，并使其成为凝聚态物理中的一个重要概念。
2005-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio lattice dynamical studies of silicon clathrate frameworks and their negative thermal expansion
用从头算密度泛函方法研究了7种硅笼形骨架结构（骨架I、II、IV、V、VII、VIII和H）的热力学和晶格动力学性质.本文利用准谐近似方法，并将其应用于等时位移关联函数，研究了负热膨胀（NTE）现象。所研究的笼形框架的热性能，不包括第七框架，类似于那些的晶体硅金刚石结构。发现笼形骨架VII具有高达300 K的反常NTE温度范围，这适合于进一步研究NTE机理。位移关联函数的研究表明，在NTE中，原子的均方位移和均方相对位移的体积导数的行为类似于振动熵体积导数，从而热膨胀系数作为温度的函数。所有研究的笼形框架，不包括VII框架，具有声子带隙或在框架V的情况下甚至两个。
2014-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Thermal Expansion, Negative Linear Compressibility and High-Pressure Phase Transition in ZnAu2(CN)4: Neutron Inelastic Scattering and Lattice Dynamics Studies
我们提出了温度依赖的非弹性中子散射测量，伴随着声子谱和弹性性质作为压力的函数的从头计算，以了解声子的非谐性，并研究负热膨胀和负线性压缩行为的ZnAu 2（CN）4的机制。根据涉及Zn（CN）4-Au-Zn（CN）4键的弯曲的特定非谐模式来确定该机制。高压相变在约2 GPa的也进行了研究，并发现有关软化的声子模式在L点的布里渊区边界和它的耦合与一个区中心声子和一个M点声子在环境压力相。虽然相变主要由L点软声子模式驱动，这通常导致具有2 × 2 × 2超晶胞的二级跃迁，但在本情况下，该结构接近导致弱一级跃迁的弹性不稳定性。
2017-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Common origin of exotic properties in ceramic and hybrid negative thermal expansion materials
许多陶瓷和混合金属-有机骨架材料显示负热膨胀（NTE）：它们在加热时以\textit{contract}而不是膨胀\cite{Barrera_Miller_Lind_Romao 2005}。它们的结构总是以多面体原子团的网络为特征，这些原子团通过共享角原子或共享配体连接。经验上，NTE材料倾向于显示压力诱导软化、NTE的压力增强以及加热时NTE的减少。但是这种效应只在少数材料\cite{Pantea 2006,Chapman 2005,Chapman 2007,Fangexp 2013}中被研究过，而且到目前为止，还没有一个通用的框架来理解所有的性质。通过研究模型与哈密顿选择，以反映物理图片普遍接受的负责NTE的骨架材料，我们证明，NTE，压力增强NTE，压力引起的软化自然出现在一起。然后，我们将展示如何非谐相互作用导致结构的温硬化-这是以前只看到在激光激发的温暖的致密物质\cite{Ernstorfer 2009} -以及从NTE过渡到积极的热膨胀和消失的压力引起的软化在高温下。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Negative Thermal Expansion in cubic ZrW2O8: Role of Phonons in Entire Brillouin Zone From ab-inito Calculations
我们报告ab-inito密度泛函理论计算的声子在立方相的ZrW 2 O 8在整个布里渊区，并确定特定的非谐声子，负责大的负热膨胀（NTE）的平移，旋转和扭曲的WO 4和ZrO 6。我们已经使用密度泛函计算来解释实验声子谱作为压力和温度的函数，如文献中报道的。我们发现，虽然与温度呈非谐性的声子和与压力呈非谐性的声子具有相似的频率，但它们是不同的。只有后者的声子与NTE。因此，声子的三次和/或二次非谐性与NTE无关，而只是频率的体积依赖性。计算能够再现所观察到的异常趋势，即，软化的低频峰在约5毫电子伏的声子谱与压力和它的硬化与温度，而这两个变化涉及压缩的晶格。
2013-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Negative thermal expansion near the precipice of structural stability in open perovskites
负热膨胀（NTE）描述了材料在加热时收缩的异常倾向。自发现以来，NTE效应已在各种各样的材料中发现，具有一系列的磁性，电子和结构特性。在某些情况下，NTE起源于电子或磁自由度引起的相位竞争，但我们在这里专注于一个特定的类NTE，它起源于与晶格自由度相关的内在动力学起源，我们称之为\textit{structural}负热膨胀（SNTE）的属性。在这里，我们回顾了一些选择的情况下，NTE严格产生于非谐声子动力学，重点是开放的钙钛矿晶格。我们发现，NTE通常是存在接近竞争的结构相，与结构相变线终止附近$T$ =0 K产生最高级的显示SNTE效应。我们进一步提供了一个理论模型，使精确的SNTE的签名行为，这些系统的接近结构量子相变和这些独特的区域附近的结构相图的相位波动的影响之间的关系。讨论了成分无序对钙钛矿NTE和结构相稳定性的影响。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
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
Anomalous thermal expansion in $α$-titanium
对六方钛在低温下的各向异性热膨胀提供了完整的定量解释。所观察到的负热膨胀沿c轴的理论上再现的参数自由理论，其中涉及电子和声子的贡献的自由能。计算了钛的热膨胀，发现当温度低于$\sim$ 170 K时，钛沿c轴的热膨胀为负，与观测结果吻合良好。我们已经确定了一个鞍点范霍夫奇点附近的费米能级的各向异性热膨胀在$α-$钛的主要原因。
2007-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Piezomagnetic effect as a counterpart of negative thermal expansion in magnetically frustrated Mn-based antiperovskite nitrides
磁化的电场控制有望大大提高从数据存储到固态冷却的设备应用的能源效率。然而，本征线性磁电效应在体材料中通常很小。在薄膜中，自旋-轨道相互作用现象的电场调谐（例如，磁晶各向异性）已经被报道实现磁状态的部分控制。在这里，我们探讨的压磁效应（PME），受挫折的交换相互作用，它可以诱导一个反铁磁体的净磁化，并通过压电产生的弹性应变反转其方向。我们的$ab~initio$研究锰反钙钛矿氮化物中的PME确定了在室温下可用的Mn $_3$ SnN中的非常大的PME。我们解释了PME的大小的电子结构的基础上的功能，并显示出模拟的零温PME和负热膨胀在磁性（Néel）转变的Takenaka等人。在9个反铁磁Mn $_3$ AN系统中测量之间的反比。
2016-09-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Negative Thermal Expansion in Cubic Ice: A Collective Quantum Effect of the hydrogen-bond network
Laboratoire de physique de L’École normale supérieure de Paris, CNRS, ENS & Université PSL, Sorbonne Université, Université de Paris（巴黎高等师范学院物理实验室，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院，巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎大学）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）；Laboratory for Quantum Magnetism, Institute of Physics, École Polytechnique Fédéerale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所量子磁性实验室）；Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMPMC), Sorbonne Université, CNRS UMR 7590, MNHN（索邦大学，法国国家科学研究中心联合研究单位7590，自然历史博物馆矿物学、材料物理与宇宙化学研究所）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学物理系）
该研究通过实验与模拟发现立方冰I$_c$在70 K附近有密度最大值，其负热膨胀源于氢键网络的集体量子效应，由核统计与氢键动力学主导。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion of solid solutions Kr-CH4 at temperatures of liquid helium
对Kr+0.76%CH_4、Kr+5.25%CH_4和Kr+10.5%CH_4固体溶液在1-23 K温度下的热膨胀研究表明，CH_4杂质对溶液的热膨胀有负贡献。结果表明，负贡献的结果从孤立的CH 4分子的A-修饰的基态的占用的变化。假设CH 4杂质单体和团簇对热膨胀的贡献是独立的，我们可以估算它们的贡献。单晶对固溶体的热膨胀的贡献为负值。测定了单分子、二体和三体团簇CH 4分子的第一激发转动态的能量。
2002-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Phase stability determination of negative thermal expansion silicates by theory and experiment
结合密度泛函理论模拟与实验，提出一种快速预测 Ba1-xSrxZn2-2yMg2ySi2O7 固溶体马氏体相变温度的方法，实现了零热膨胀材料的定向设计。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
