由東京大學物性研究所的教授岡本佳比古、名古屋大學研究生院工學研究科的研究生窪田雄希、研究生兼松智也（參與研究時）、副教授平井大悟郎以及教授竹中康司組成的研究團隊，與物性研究所的助教矢島健合作，在包括室溫在内的廣泛溫度區域内，發現了一種施加磁場可體積大幅膨脹的新材料。
圖1. 本次研究中開發出的新材料（供圖：東京大學物性研究所）
研究小組發現，含有化學成分鉻（Cr）及碲（Te）的Cr3Te4和Cr2Te3的碲化鉻燒結體表現出了伴有大幅體積膨脹的磁伸縮現象。特別是在Cr3Te4中，在從零下260度到零上80度的廣泛溫度區域内，出現了大幅的體積膨脹；當施加9T磁場時，體積膨脹最大可達到1200ppm。在如此巨大的磁場範圍内，表現出體積變化的物質過去僅限於殷鋼合金，這是一種常用的熱膨脹控制材料；同時，這種碲化鉻材料有望作爲一種全新的致動器材料而被加以應用。
圖2. Cr3Te4燒結體（右）在磁場内的體積變化
從圖中看出，無論處於任何溫度區域，體積膨脹基本與磁場的強度成正比。（供圖：東京大學物性研究所）
此外，此次發現的材料在磁場中的體積膨脹有多處不同於傳統磁致伸縮材料。它主要體現在，在磁場中的形狀保持不變而體積發生大幅變化；而傳統磁致伸縮材料則會在磁場中發生物體形狀的改變，而體積變化不大。同時，在從零磁場到至少9T的廣泛磁場範圍内，這種材料的體積膨脹基本上與磁場成正比。
這些結果表明，實驗中所發現的碲化鉻上的磁伸縮現象，不同於傳統磁致伸縮材料，後者是對由磁場引起的強磁性磁疇而產生的。基於Cr3Te4和Cr2Te3的磁伸縮、熱膨脹、低溫X射線繞射、磁化的實驗結果，得知磁伸縮發生時伴隨有大半徑的體積膨脹，這一現象的產生很有可能是來自晶體網狀結構受磁場影響發生的異方性變形效果，和存在於燒結體試樣中且空隙大小發生變化的材料組織的效果的共同作用。這是一種實施伴隨有大幅體積變化的磁伸縮的新機制。
圖3. 傳統磁致伸縮材料與本成果中的磁場誘導伸縮
當傳統材料延伸至與磁場平行的方向時，會沿垂直度方向收縮，體積變化半徑小；與之相對，本材料的膨脹則體現爲各向同性，且不受磁場方向的影響。（供圖：東京大學物性研究所）
岡本教授表示，「這種新材料在廣泛的磁場範圍内，由於具有體積膨脹基本與磁場成正比的特點，因此突破了傳統材料的瓶頸，其應用領域將會更加廣闊，例如微粒子可以在不接觸的情況下控制體積。這是一種完全不同於傳統磁致伸縮材料的物質，透過全新機制實施了利用磁場產生的巨大體積膨脹，這是非常重要的發現。我們非常期待，在含鉻化合物的磁性體上，能進一步研發出具有更高性能的磁致伸縮材料，以及磁性和體積密切相關的前所未有的功能」。
【詞注】
■磁場誘導伸縮（磁伸縮）：物體的形狀和尺寸在磁場中發生變化的現象。常出現在強磁體上。在一般的強磁體上，磁伸縮的尺寸範圍在1到10ppm左右，而在鐵和稀土類金屬的合金上，也有磁伸縮的尺寸超過1000ppm的物質。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Applied Physics Letters
論文：Large magnetic-field-induced strains in sintered chromium tellurides
DOI：DOI：10.1063/5.0134911
