作为 Coulomb 柔性网络的空旷钙钛矿：熵弹性与负热膨胀

柔性网络（FNs）为软物质系统（从聚合物、橡胶、生物分子到玻璃和颗粒材料）中异常力学与热学性质的起源提供了有价值的见解。在此，我们使用完全相同的 FN 概念来构建空旷钙钛矿（一类具有 ReO$_3$ 结构的晶体，表现出许多不寻常性质）的定量微观理论。一个显著的例子是 ScF$_3$，它表现出近零温度结构不稳定性和大负热膨胀（NTE）。我们将这些效应追溯至由强近邻键形成的类 FN 晶体结构，该结构由净静电排斥稳定，后者起着类似于聚合物凝胶中渗透压的作用。我们将这些晶体固体概念化为 Coulomb 柔性网络，其中的 NTE 源于 Coulomb 排斥的张力效应与 FN 的熵弹性相结合，并与凝胶和橡胶中的物理起源相同。我们的理论对声子、热膨胀、压缩率和结构相图提供了准确的定量描述，均与实验高度吻合。临界软模的熵稳定化（其在 NTE 中仅起次要作用）解释了观测到的相图。显著的熵弹性解决了实验观测体模量与第一性原理计算之间约 50% 显著差异的谜题。Coulomb FN 方法潜在适用于其他具有显著共价键的重要材料，从钙钛矿氧化物到铁硫族化物，其异常的振动与结构性质仍鲜为人知。