Репортаж от Wedoany，Российские учёные успешно снизили рабочую температуру тепловой компенсации материала, частично заменив железо в борате железа на хром, что открывает новые возможности для создания управляемого расширения в высокоточных оптических и электронных устройствах.
Большинство материалов расширяются при нагреве, что создаёт проблемы для высокоточного оборудования, такого как зеркала мощных лазеров и линзы. Даже повышение температуры на 10–20 градусов Цельсия может вызвать микроскопические изменения размеров деталей, приводящие к микроразрушениям и функциональной деградации. Ключ к решению этой проблемы — поиск материалов с низким или даже отрицательным коэффициентом теплового расширения, однако таких материалов мало, и многие из них из-за низкой термической стабильности непригодны для инженерных применений. Магнитострикционный эффект предлагает возможный путь: расширение материала при нагреве может компенсироваться сжатием, вызванным перестройкой магнитной структуры.
Борат железа (FeBO₃) обладает такими свойствами и уже широко используется в приборостроении, включая оборудование для синхротронных установок. Однако для его применения требуется нагрев кристалла примерно до 77 градусов Цельсия, что увеличивает энергопотребление и требует дополнительной системы нагрева. Команда кристаллографов из нескольких российских научных центров попыталась частично заменить железо в материале на хром, поскольку борат хрома обладает аналогичными свойствами. В исследовании сравнивались три материала: FeBO₃, CrBO₃ и смешанный состав. Экспериментальные результаты показали, что чем выше содержание хрома в материале, тем ниже температура потери магнитного порядка. «Перестройка» чистого бората железа происходит примерно при 77 градусах Цельсия, смешанного состава — при 30 градусах, а образца, содержащего только хром, — при минус 262 градусах Цельсия.
Руководитель проекта, главный научный сотрудник Института химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН (филиал Курчатовского института — ПИЯФ) Ярослав Бирюков отметил, что этот результат открывает путь к созданию эффективных соединений с точно контролируемым коэффициентом расширения, которые могут применяться в высокоточной оптике, спинтронике и электронных устройствах. Кроме того, такие материалы можно настраивать для работы при сверхнизких температурах, что важно для космической техники и сверхчувствительных датчиков. Бирюков сообщил, что на следующем этапе исследовательская группа планирует сосредоточиться на изучении родственных соединений и расширении диапазона выбора материалов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry C. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ), а также с участием Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, Казанского федерального университета и Сибирского федерального университета.
