A thermodynamic explanation of the Invar effect

因瓦 热膨胀 凝聚态物理 声子 物理 磁性 负热膨胀 旋转 自旋(空气动力学) 热力学
作者
S. H. Lohaus,Matthew Heine,P. Guzman,C. M. Bernal-Choban,C. N. Saunders,Guoyin Shen,Olle Hellman,David Broido,Brent Fultz
出处
期刊:Nature Physics [Nature Portfolio]
卷期号:19 (11): 1642-1648 被引量:19
标识
DOI:10.1038/s41567-023-02142-z
摘要

The anomalously low thermal expansion of Fe–Ni Invar has long been associated with magnetism, but to date, the microscopic underpinnings of the Invar behaviour have eluded both theory and experiment. Here we present nuclear resonant X-ray scattering measurements of the phonon and magnetic entropies under pressure. By applying a thermodynamic Maxwell relation to these data, we obtain the separate phonon and magnetic contributions to thermal expansion. We find that the Invar behaviour stems from a competition between phonons and spins. In particular, the phonon contribution to thermal expansion cancels the magnetic contribution over the 0–3 GPa pressure range of Invar behaviour. At pressures above 3 GPa, the cancellation is lost, but our analysis reproduces the positive thermal expansion measured separately by synchrotron X-ray diffractometry. Ab initio calculations informed by experimental data show that spin–phonon interactions improve the accuracy of this cancellation over the range of Invar behaviour. Spin–phonon interactions also explain how different phonon modes have different energy shifts with pressure. The iron–nickel alloy Invar has an extremely small coefficient of thermal expansion that has been difficult to explain theoretically. A study of Invar under pressure now suggests that there is a cancellation of phonon and spin contributions to expansion.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
绿海发布了新的文献求助10
1秒前
晴烟ZYM发布了新的文献求助30
2秒前
钢铁加鲁鲁完成签到,获得积分0
3秒前
清秀的发夹完成签到,获得积分10
4秒前
飞奔向你发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
domingo发布了新的文献求助30
5秒前
上课大摇大摆完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
7秒前
啥子那完成签到,获得积分10
7秒前
夏侯幻梦完成签到 ,获得积分10
7秒前
乐乐应助Olivergaga采纳,获得10
7秒前
zz完成签到,获得积分20
8秒前
8秒前
9秒前
AW发布了新的文献求助10
9秒前
Gdhdjxbbx发布了新的文献求助10
9秒前
孙梦茹完成签到,获得积分10
9秒前
里净发布了新的文献求助10
11秒前
WD发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
yyyyy发布了新的文献求助10
12秒前
MchemG应助jk采纳,获得10
13秒前
香蕉觅云应助zhuzhu采纳,获得10
13秒前
13秒前
真实的黑夜完成签到,获得积分20
13秒前
13秒前
tt825完成签到,获得积分10
14秒前
辛勤涵阳关注了科研通微信公众号
14秒前
17秒前
笨笨冷荷完成签到,获得积分10
17秒前
chengxiping发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
万能图书馆应助蒋念寒采纳,获得10
18秒前
健忘芷珊关注了科研通微信公众号
19秒前
19秒前
852应助hphhh采纳,获得10
19秒前
胡图图完成签到,获得积分10
20秒前
xxxhhh发布了新的文献求助10
20秒前
高分求助中
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
Indomethacinのヒトにおける経皮吸収 400
基于可调谐半导体激光吸收光谱技术泄漏气体检测系统的研究 370
Phylogenetic study of the order Polydesmida (Myriapoda: Diplopoda) 370
Robot-supported joining of reinforcement textiles with one-sided sewing heads 320
Aktuelle Entwicklungen in der linguistischen Forschung 300
Current Perspectives on Generative SLA - Processing, Influence, and Interfaces 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3992393
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3533397
关于积分的说明 11262186
捐赠科研通 3272927
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1805895
邀请新用户注册赠送积分活动 882792
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 809474