Новый проводник не расширяется при нагревании

Большинство материалов имеют положительный температурный коэффициент и при нагревании расширяются, хотя есть очень небольшое число веществ, сокращающихся в размерах при увеличении температуры. Если соединить эти два типа материалов, можно получить новый композиционный материал, который при нагревании не будет изменяться в размерах. Ученым из Мичигана удалось найти иное решение этой проблемы - вместо композиционного материала, составленного из фрагментов двух индивидуальных веществ, они получили сплав, в состав которого входят иттербий, галлий и германий. Изделия из этого сплава практически не меняют своих размеров при нагревании в диапазоне от 100 до 400 градусов Кельвина. Более того, новый сплав сохраняет проводящие свойства отдельных металлов, входящих в его состав, а композиционные материалы с нулевым тепловым расширением были изоляторами.

Ученые объясняют необычное поведение нового сплава следующим образом. По мере охлаждения образца делокализованные электроны в валентной зоне, связанные с атомами галлия, локализуются вблизи атомов иттербия, размеры которых в результате такого увеличения электронной оболочки возрастают. Атомы галлия, естественно, при этом несколько уменьшаются в размерах. Сплав готовится таким образом, чтобы сравнительно небольшое тепловое расширение, обусловленное присутствием атомов галлия, происходило в одном направлении, а сокращение при нагревании из-за наличия иттербия и германия осуществлялось в двух других направлениях осей координат, при этом общий объем практически сплава не изменяется. Исследователи надеются, что подобным поведением будут отличаться и другие интерметаллические и полупроводниковые материалы, поведение которых при нагревании пока не изучено.

Источник: по материалам журнала Nature и издания PhysicsWeb.