近日，我院光电科学信息研究所在负热膨胀材料机理研究方面取得了新进展。系统阐释了NaSICON型低热膨胀材料物理起源，相关成果以《Role of alkali ions in the near-zero thermal expansion of NaSICON-type AZr2(PO4 )3 (A = Na, K,Rb, Cs) and Zr2(PO4)3 compounds》发表于国际物理著名期刊《Physical Review B》。我校已毕业硕士生甄惜为该论文第一作者。我院光电信息科学研究所高其龙副教授和孙强教授为通讯作者，郑州大学为第一单位。

热膨胀不匹配是电子、能源、机械等材料制备及应用过程中普遍存在的问题，如何有效克服是材料领域长期困扰的难题。负热膨胀（NTE）材料是一类呈现反常“热缩冷胀”的物质，对高精尖领域热膨胀控制带来了希望，成为近些年物理、化学和材料科学领域研究的热点之一。近期工信部印发前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）中，负膨胀材料位列其中，为新一代信息技术中高精度科学仪器关键部件的热膨胀控制提供基础支撑。

NaSICON型框架材料MZr₂(PO₄)₃（M = Na，K，Rb，Cs）展现出优异的热稳定性和近零热膨胀性质。结构特征研究表明，刚性的[Zr₂(PO₄)₃]灯笼单元是导致近零热膨胀性质的重要因素。对比分析了低频声子模式对应的格林艾森参数，掲示了当M位碱金属离子改变时，三种声子模式（1. M位碱金属离子主导的模式；2. ZrO₆八面体和PO₄四面体的旋转模式；3.声学声子模式）对负热膨胀的贡献遵循如下排序：KZr₂(PO₄)₃≈ RbZr₂(PO₄)₃> CsZr₂(PO₄)₃> NaZr₂(PO₄)₃，从而导致KZr₂(PO₄)₃和RbZr₂(PO₄)₃表现出相似的低负热膨胀行为，CsZr₂(PO₄)₃表现出极弱的负热膨胀行为，而NaZr₂(PO₄)₃表现出低正热膨胀行为。

图1.Eigenvectors of the Eu and A2g modes in AZr2 (PO4 )3 (A = Na, K, Rb, Cs) and Zr2 (PO4 )3.

文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.108.144102