我国科研团队发现拓扑激起巨大磁卡效应 提出一种极低温制冷新机理

　　北京9月13日电 (记者 孙自法)记者9月13日从我国科学院大学(国科大)得悉，我国科研团队运用先进的有限温度张量网络态办法，经大规模核算完整地给出铁磁与反铁磁景象下吉塔耶夫(Kitaev)蜂巢晶格模型的温度-磁场相图，研讨发现由拓扑激起所引发的巨大磁卡效应，并提出一种无需使用液氦的极低温制冷新机理。

　　这项根底物理研讨范畴重要研讨成果，由国科大苏刚教授团队和我国科学院理论物理研讨所李伟研讨员团队协作完结，为吉塔耶夫磁体或许的使用指明晰新方向，相关研讨论文已在世界学术期刊《天然-通讯》宣布。

本次研讨的吉塔耶夫蜂巢晶格磁体的拓扑激起制冷机制示意图。国科大/供图

　　研讨团队介绍说，在部分顺磁盐中，学界发现其自在磁性离子会引发明显的磁卡效应，可使用顺磁盐水合物经过绝热去磁来达到亚开温区的低温制冷，当时传统的绝热去磁制冷大多选用这一技能道路。不过，虽然使用顺磁盐制冷的功率较高，但是顺磁盐存在磁性离子密度较低、含水结构导致的化学安稳性较差、热导率较低以及具有腐蚀性等固有缺点，这在很大程度上约束了顺磁盐作为制冷工质在实践使用中的体现。

　　阻挫量子磁体一般具有较高的磁性离子密度、激烈的自旋涨落以及磁激起带来的增强热导等，并且资料结构安稳，可作为新式的磁制冷工质，有望完成极低温的固态制冷。吉塔耶夫量子自旋液体因为阻挫效应与量子涨落的一起效果，即便在远低于相互效果能标的低温乃至零温时也不会构成磁有序，其低能拓扑激起会带着巨大的低温熵，经过外场的有用调控可以完成明显的磁卡效应，从而完成拓扑激起极低温制冷，这为探究新式固态制冷机制可拓荒一条新途径。

　　基于此，研讨团队使用自行开发的准确高效有限温度张量网络态办法，经大规模核算体系地给出了铁磁及反铁磁吉塔耶夫蜂巢晶格阻挫模型的温度-磁场相图。他们研讨发现，铁磁体系在中心温度区间的分数液体相存在明显的磁卡效应。进一步经过热力学核算发现，在反铁磁景象下，其展现出巨大的低温熵以及更为明显的磁卡效应，经过绝热去磁可以完成极低温固态制冷。

　　研讨结果标明，该体系中的制冷机制不同于传统磁热效应中单个磁矩随外场改变而带来的磁熵变，这是一种由体系中的拓扑激起及演生标准场等团体激起所引发的新式磁卡效应，被命名为拓扑激起磁卡效应。

　　随后，研讨团队还对吉塔耶夫磁体的候选资料怎么完成拓扑激起磁卡效应进行研讨，经过讨论资猜中或许存在的海森堡等非吉塔耶夫相互效果对磁卡效应的影响，发现体系的自旋分数化现象和拓扑激起安稳地存在于必定的能量/温度规模，由拓扑激起所引起的磁卡效应具有鲁棒性。

　　研讨团队总结说，这项研讨标明，吉塔耶夫量子磁体不仅在完成拓扑量子核算方面具有重要的科学价值，并且在无液氦极低温固态制冷范畴相同具有潜在的宽广使用远景。(完)

【修改:张子怡】