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科研人員發(fā)現(xiàn)新型極低溫磁制冷材料

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-10-16 15:49:04

本報訊（記者孫丹寧）近日，中國科學(xué)院金屬研究所研究員李昺、中國科學(xué)院物理研究所副研究員項俊森等合作，發(fā)現(xiàn)了一種新型極低溫磁制冷材料——鐵磁性NH4GdF4。該研究成果表明，鐵磁性材料是推進(jìn)極低溫磁制冷技術(shù)的一條可行路線。相關(guān)論文發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。

極低溫制冷技術(shù)在量子計算、空間探測等高技術(shù)領(lǐng)域以及基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域均起到不可替代的重要作用。目前，極低溫制冷技術(shù)主要有3He吸附制冷、3He/4He 稀釋制冷和絕熱退磁制冷。當(dāng)前，全球范圍內(nèi)3He資源的嚴(yán)重短缺為極低溫磁制冷技術(shù)的發(fā)展帶來新機(jī)遇。盡管以鎵酸釓石榴石晶體Gd3Ga5O12（GGG）為代表的一系列極低溫磁制冷材料均已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但其反鐵磁基態(tài)的物理本質(zhì)決定了它們必須依賴超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的高磁場。而超導(dǎo)磁體體積大且磁屏蔽系統(tǒng)極為復(fù)雜，為空間應(yīng)用帶來諸多挑戰(zhàn)。

針對上述問題，科研人員一直致力于研制超低磁場驅(qū)動的磁制冷新材料。在前期研究中，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了在4K溫區(qū)具有優(yōu)異性能的鐵磁性LiHoF4晶體，其在5kOe磁場下磁熵變高達(dá)16.7 J kg-1K-1。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了在極低溫溫區(qū)具有鐵磁性的NH4GdF4 材料，其各項性能大幅超越GGG，為緊湊型、輕量化極低溫磁制冷系統(tǒng)研發(fā)奠定了材料基礎(chǔ)。NH4GdF4在 Tc=0.85K時發(fā)生鐵磁性轉(zhuǎn)變，其鐵磁態(tài)具有大磁矩和低磁晶各向異性，可在小磁場下實(shí)現(xiàn)磁化飽和。

研究表明，NH4GdF4有望取代GGG成為極低溫溫區(qū)磁制冷的新材料，并能夠大幅減少制冷系統(tǒng)的體積和重量。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1021/jacs.5c10979

《中國科學(xué)報》 (2025-10-09 第1版要聞)

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