Emergent Negative Thermal Expansion in Amorphous Fe-Y-Zr-B Alloys

材料科学 负热膨胀 无定形固体 热膨胀 热的 非晶态金属 凝聚态物理 热力学 冶金 结晶学 物理 合金 化学
作者
Ming Gao,Hankun Xu,Kun Lin,Andrea Sanson,Alessandro Venier,Alessandro Puri,Jochi Tseng,Guodong Li,Qian Zhang,Xuyu Dong,Yili Cao,Qiang Li,Xianran Xing
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:135 (10): 106101-106101 被引量:7
标识
DOI:10.1103/2g25-bdjx
摘要

Negative thermal expansion (NTE) is an unusual yet highly useful phenomenon that has been extensively studied in numerous crystals, including ceramics, alloys, and metal-organic frameworks. This Letter reports an unprecedented NTE in an amorphous Fe_{87.5}Y_{3}Zr_{1.5}B_{8} alloy that lacks a periodic atomic arrangement. Such an NTE is significant for metallic materials and extends over a wide temperature range (α_{1}=-6.9×10^{-6} K^{-1}, 200-375 K). We demonstrate that this NTE is intrinsic to the amorphous nature of the alloy and is correlated with Fe moment. Extended x-ray absorption fine structure reveals a strong NTE for nearest neighboring Fe-Fe pairs. Further analysis using a x-ray pair distribution function indicates that the amorphous Fe_{87.5}Y_{3}Zr_{1.5}B_{8} alloy, serving as a transition state, exhibits a tendency toward local ordered atomic arrangement. A complex interplay among local structure, magnetic interaction, and thermal relaxation results in volume contraction upon heating below T_{C}. This Letter introduces amorphous alloys as a new family of materials with NTE functionality, offering interesting prospects for both scientific research and practical applications.
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