Подавляющее большинство твердых тел при охлаждении сжимается, поскольку амплитуда тепловых колебаний атомов уменьшается, и атомы начинают слабее отталкиваться друг от друга. Из этого правила есть, однако, исключения. Например, в ZrW2O8 ослабление колебаний атомов кислорода при понижении температуры приводит к тому, что связи Zr-O-W "выпрямляются" (рис. 1a), и объем образца увеличивается (так как в этом случае нагрев приводит к уменьшению межатомных расстояний, то говорят об отрицательном коэффициенте термического расширения).

Рис.1. Механизмы отрицательного термического расширения: а - при понижении температуры уменьшение амплитуды колебаний атомов кислорода (маленькие красные кружки) в ZrW2O8 приводит к увеличению расстояния между атомами Zr и W (большие кружки), каждый из которых связан с кислородом; b - причиной расширения некоторых магнитных материалов при охлаждении является упорядочение магнитных моментов.

О принципиально другом механизме отрицательного термического расширения, эффект от которого на четыре порядка больше, чем в ZrW2O8, сообщили японские ученые. Они исследовали соединения CuO, NiO и MnF2, в каждом из которых у атомов металлов есть магнитный момент. При высокой температуре ориентации этих моментов быстро и хаотически изменяются, в результате чего магнитная составляющая энергии взаимодействия двух соседних атомов соответствует то их притяжению, то отталкиванию. При охлаждении флуктуации ослабевают, и магнитные моменты становятся в той или иной степени