传统磁制冷材料需要结合金属复合结构来使用,增加了制冷模块的复杂度、降低了制冷量,导致制冷功率不足。理想的磁制冷材料在具备大冷量的同时,最好自身就能像“金属块”一样,迅速将冷量传递出去。
近日,中国科学院合肥物质科学研究院和理论物理研究所等,在阻挫磁性与极低温制冷领域取得突破。团队在三维磁性合金中,首次发现了金属自旋超固态,并建立其电子媒介间接交换与磁偶极作用协同驱动新机制。
该阻挫磁性合金在极低温下同时展现巨大磁卡效应和超高热导率,打破了极低温磁制冷材料领域的性能瓶颈。这项研究提供了无需依赖稀缺资源氦-3的全新金属制冷方案,有望为我国量子计算、精密测量等前沿科技提供自主可控的“超级冰箱”。
磁卡效应测量显示:基于该材料的绝热去磁制冷,最低温度可达106 mK,刷新了金属磁卡材料的低温纪录,表明其具备极强的本征磁卡制冷能力;在100 mK极低温区内材料热导率高达约100 mW/(K·m),较其他磁卡材料高出1个至2个数量级,成功破解了长期存在热导关键瓶颈。
该材料兼具优异性能与批量制备潜力,团队已成功研制出纯金属制冷模块,标志着自旋超固态体系正式从基础研究迈向器件探索新阶段,开辟了金属制冷的新体系与新方向。
相关研究成果发表在《自然》(Nature)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目等的支持。
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金属自旋超固态及其磁制冷示意图
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