Физики обнаружили в материалах с отрицательным коэффициентом расширения необычные вибрации. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.

Материалы с отрицательным коэффициентом расширения для достаточно широкого диапазона температур были открыты в 90-х годах прошлого века. Самый известный материал такого рода — вольфрамат циркония Zr(WO₄)₂. В диапазоне от 0 до 1100 кельвинов его коэффициент температурного расширения изотропный и составляет -7,2 x 10 ^-6 обратных кельвинов (это означает, что относительное уменьшение линейных размеров при росте температуры на один кельвин составляет 0, 00072 процента).

Вместе с тем вольфрамат циркония мало пригоден для практического изучения из-за сложного устройства кристаллической решетки, которая и обуславливает необычные свойства соединения (несколько пояснительных видеороликов можно найти здесь). В частности, его элементарная ячейка — простейший «кирпич», из которого собрана вся решетка — состоит из 44 атомов.

В рамках нового исследования ученых интересовал недавно открытый фторид скандия. Это соединение проще изучать еще и потому, что его элементарная ячейка состоит из четырех атомов. Сначала физики использовали характер рассеивания нейтронов для определения колебательных свойств атомов в вершинах кристаллической решетки в диапазоне от 7 до 770 кельвинов. В результате они обнаружили, что некоторые гармоники этих колебаний ведут себя необычным образом.

Используя компьютерное моделирование, физики сумели продемонстрировать, что часть колебаний обусловлена не привычным квадратичным потенциалом, когда сила взаимодействия уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния между объектами, а потенциалом четвертой степени. По словам ученых, обнаружение таких потенциалов на практике является большой редкостью.