Expansión térmica cero y ferromagnetismo en cúbico Sc(1-x) M(x) F3 (M = Ga, Fe) en un amplio rango de temperaturas

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física del estado sólido Física del estado sólido
• La cristalografía es una técnica de cristalografía.

Sus antecedentes:

• La expansión térmica cero (ZTE) es una propiedad rara en la que los materiales no se expanden ni se contraen con los cambios de temperatura.
• La mayoría de los materiales conocidos de ZTE exhiben este comportamiento solo a temperaturas por debajo de la temperatura ambiente.
• Lograr ZTE isotrópico a altas temperaturas presenta un desafío científico significativo.

Objetivo del estudio:

• Informar sobre el descubrimiento de ZTE isotrópico no convencional en cúbico (Sc1-xMx) F3 (M = Ga, Fe) en un rango extendido de altas temperaturas.
• Investigar los orígenes estructurales de esta propiedad de ZTE a través de análisis estructurales locales y macroscópicos.
• Para explorar el potencial de propiedades multifuncionales en estos materiales ZTE.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de compuestos cúbicos (Sc1-xMx) F3.
• Difracción de rayos X (XRD) para el análisis de la estructura cristalográfica macroscópica.
• Análisis de la función de distribución de pares (PDF) de la dispersión total de la radiación de sincrotrón de rayos X para la determinación de la estructura local.

Principales resultados:

• ZTE isotrópico no convencional observado en (Sc0.85Ga0.05Fe0.1) F3 en un amplio rango de temperaturas (300-900 K) con un CTE lineal de 2,34 × 10−7 K−1).
• La estructura cúbica macroscópica (Pm3̅m) confirmada por XRD, mientras que el análisis de la estructura local reveló una ligera distorsión romboédrica.
• Se supone que la distorsión estructural local debilita las contribuciones negativas de expansión térmica, lo que permite a ZTE.

Conclusiones:

• El estudio demuestra con éxito la ZTE isotrópica en materiales (Sc1-xMx) F3 a altas temperaturas, un avance significativo con respecto a los materiales ZTE existentes.
• Las distorsiones estructurales locales inducidas por la sustitución catiónica se identifican como el mecanismo clave para lograr esta propiedad de ZTE.
• Estos materiales ZTE muestran potencial para la multifuncionalidad, incluido el ferromagnetismo de alto Tc y las características de semiconductores de brecha estrecha, allanando el camino para futuras aplicaciones.