Отрицательный коэффициент теплового расширения трифторида скандия объяснили его нерешительностью

Группа материаловедов из США и России (Институт Физики им.Л.В.Киренского, Красноярск) обнаружили необычную подвижность в кристалле трифторида скандия при температурах, близких к абсолютному нулю. По словам авторов, это свидетельствует о существовании некоторого структурного перехода, который может вот-вот произойти в материале с понижением температуры, но не происходит даже при абсолютном нуле. Такое переходное состояние, возможно, объясняет необычные механические свойства ScF₃ — в отличие от большинства материалов, он сжимается при нагревании, а не расширяется. Исследование опубликовано в журнале Physical Review B, кратко о нем рассказывает пресс-релиз университета Коннектикута. 

Авторы работы исследовали поведение кристаллов фторида скандия при низких температурах с помощью рентгеновского излучения. Оказалось, что когда рентгеновские кванты попадают в атомы кристаллической решетки соединения, то ее фрагменты — октаэдры из шести атомов фтора и атома скандия в центре — начинают вращаться. Важно отметить, что это вращение происходит необычайно легко, — большинство материалов при низких температурах становятся гораздо тверже.

Материаловеды считают, что главной причиной «мягкости» решетки трифторида скандия является структурный переход, который может произойти в материале. Аналогичные структурные переходы приводят к «оловянной чуме» — разрушению олова при температурах ниже +13,2°C. Переходы же, происходящие при температурах вблизи абсолютного нуля называют квантовыми фазовыми переходами. 

Фторид скандия обладает необычными свойствами — в широком диапазоне температур (вплоть до 1100 кельвинов) его кристалл сжимается при нагревании, иначе говоря, обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения. Кроме того, у этого материала необычная структурная устойчивость — в диапазоне от температур, близких к абсолютному нулю, до 1800 кельвинов его кристаллическая решетка остается кубической. Очень немногие материалы способны сохранять свою структурную устойчивость в таком широком диапазоне температур.