在早稻田大学和青山学院大学的联合研究中，世界上首次阐明了冷却时膨胀的物质“反向钙钛矿型氮化锰”的“负热膨胀”机制。
通常，物质冷却时收缩，加热时膨胀，但已知逆钙钛矿型氮化锰在冷却时体积膨胀大。然而，40 多年来，它在冷却时膨胀的物理机制一直是个谜。
另一方面，在反向钙钛矿型氮化锰中，也已知锰离子上的电子自旋与温度下降对齐。因此，在本次研究中，我们重点研究了“电子自旋排列现象”与“负热膨胀现象”之间的关系。
该研究小组首先发现，电子自旋之间存在两种相互作用，一种是试图将自旋反平行对齐，另一种是试图将它们平行对齐。然后，发现当体积膨胀和离子彼此分离时，自旋之间的相互作用比正常物质中体积收缩时更强，因为它们之间存在竞争。因此，当温度降低并发生自旋排列时，晶体体积自发膨胀以加强自旋之间的相互作用，出现“负热膨胀现象”。
这表明具有竞争性自旋-自旋相互作用的物质可能会引起负热膨胀现象，并且还提出了一种预期为未知负热膨胀物质的晶体结构。此外，课题组构建了世界上第一个再现倒钙钛矿型氮化锰自旋排列的数学模型，成功地从理论上完整阐明了负热膨胀现象的机理。
通过将负热膨胀物质与普通物质结合，有望实现即使温度变化体积和长度也不会发生变化的前所未有的材料。
