由东京大学物性研究所的教授冈本佳比古、名古屋大学研究生院工学研究科的研究生洼田雄希、研究生兼松智也（参与研究时）、副教授平井大悟郎以及教授竹中康司组成的研究团队，与物性研究所的助教矢岛健合作，在包括室温在内的广泛温度区域内，发现了一种施加磁场可体积大幅膨胀的新材料。
图1. 本次研究中开发出的新材料（供图：东京大学物性研究所）
研究小组发现，含有化学成分铬（Cr）及碲（Te）的Cr3Te4和Cr2Te3的碲化铬烧结体表现出了伴有大幅体积膨胀的磁致伸缩现象。特别是在Cr3Te4中，在从零下260度到零上80度的广泛温度区域内，出现了大幅的体积膨胀；当施加9T磁场时，体积膨胀最大可达到1200ppm。在如此巨大的磁场范围内，表现出体积变化的物质过去仅限于殷钢合金，这是一种常用的热膨胀控制材料；同时，这种碲化铬材料有望作为一种全新的致动器材料而被加以应用。
图2. Cr3Te4烧结体（右）在磁场内的体积变化
从图中看出，无论处于任何温度区域，体积膨胀基本与磁场的强度成正比。（供图：东京大学物性研究所）
此外，此次发现的材料在磁场中的体积膨胀有多处不同于传统磁致伸缩材料。它主要体现在，在磁场中的形状保持不变而体积发生大幅变化；而传统磁致伸缩材料则会在磁场中发生物体形状的改变，而体积变化不大。同时，在从零磁场到至少9T的广泛磁场范围内，这种材料的体积膨胀基本上与磁场成正比。
这些结果表明，实验中所发现的碲化铬上的磁致伸缩现象，不同于传统磁致伸缩材料，后者是对由磁场引起的强磁性磁畴而产生的。基于Cr3Te4和Cr2Te3的磁致伸缩、热膨胀、低温X射线衍射、磁化的实验结果，得知磁致伸缩发生时伴随有大幅度的体积膨胀，这一现象的产生很有可能是来自晶体网状结构受磁场影响发生的异方性变形效果，和存在于烧结体试样中且空隙大小发生变化的材料组织的效果的共同作用。这是一种实现伴随有大幅体积变化的磁致伸缩的新机制。
图3. 传统磁致伸缩材料与本成果中的磁场诱导伸缩
当传统材料延伸至与磁场平行的方向时，会沿垂直方向收缩，体积变化幅度小；与之相对，本材料的膨胀则体现为各向同性，且不受磁场方向的影响。（供图：东京大学物性研究所）
冈本教授表示，“这种新材料在广泛的磁场范围内，由于具有体积膨胀基本与磁场成正比的特点，因此突破了传统材料的瓶颈，其应用领域将会更加广阔，例如微粒子可以在不接触的情况下控制体积。这是一种完全不同于传统磁致伸缩材料的物质，通过全新机制实现了利用磁场产生的巨大体积膨胀，这是非常重要的发现。我们非常期待，在含铬化合物的磁性体上，能进一步研发出具有更高性能的磁致伸缩材料，以及磁性和体积密切相关的前所未有的功能”。
【词注】
■磁场诱导伸缩（磁致伸缩）：物体的形状和尺寸在磁场中发生变化的现象。常出现在强磁体上。在一般的强磁体上，磁致伸缩的尺寸范围在1到10ppm左右，而在铁和稀土类金属的合金上，也有磁致伸缩的尺寸超过1000ppm的物质。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Applied Physics Letters
论文：Large magnetic-field-induced strains in sintered chromium tellurides
DOI：DOI：10.1063/5.0134911
