Ученые давно ищут материалы, которые всегда имеют одинаковую длину вне зависимости от температуры.

Инвар, например, сплав железа и никеля, известен своим чрезвычайно низким тепловым расширением. Используя сложное компьютерное моделирование, стало возможным детально понять эффект инвара и, таким образом, разработать так называемый пирохлорный магнит — сплав, который обладает даже лучшими свойствами теплового расширения, чем инвар. В чрезвычайно широком диапазоне температур более 400 Кельвинов его длина изменяется всего лишь примерно на одну десятитысячную 1% на Кельвин.
Чем выше температура в материале, тем больше атомы склонны двигаться, а когда атомы движутся больше, им требуется больше места. Среднее расстояние между ними увеличивается
Этот эффект лежит в основе теплового расширения и не может быть предотвращен. Но можно получить материалы, в которых он почти точно уравновешивается другим, компенсирующим эффектом. Разработаны сложные компьютерные симуляции, которые могут быть использованы для анализа поведения магнитных материалов при конечной температуре на атомном уровне.
Этот эффект возникает из-за того, что определенные электроны меняют свое состояние при повышении температуры. Магнитный порядок в материале уменьшается, что приводит к сжатию материала. Этот эффект практически точно отменяет обычное тепловое расширение.
Уже было известно, что за инварный эффект отвечает магнитный порядок в материале. Но только с помощью компьютерного моделирования стало возможным понять детали этого процесса настолько точно, что можно было делать прогнозы для других материалов.
В отличие от предыдущих инварных сплавов, которые состоят только из двух разных металлов, пирохлорный магнит имеет четыре компонента: цирконий, ниобий, железо и кобальт. Это материал с крайне низким коэффициентом теплового расширения в беспрецедентно широком диапазоне температур.
Такое замечательное температурное поведение связано с тем, что пирохлорный магнит не имеет идеальной решетчатой структуры, которая всегда повторяется одним и тем же образом. Состав материала не одинаков в каждой точке, он неоднороден. Некоторые участки содержат немного больше кобальта, некоторые чуть меньше. Обе подсистемы по-разному реагируют на изменения температуры. Это позволяет уравновешивать детали состава материала точечно таким образом, чтобы общее температурное расширение было почти точно равно нулю.
Материал может представлять особый интерес в приложениях с экстремальными колебаниями температуры или точными методами измерения, такими как авиация, аэрокосмическая промышленность или высокоточные электронные компоненты.