圖1. Gd_9.33[SiO₄]₆O₂材料的比熱及磁熵分析，該材料在50 mK時仍未有長程磁有序的跡象，其高場下的磁熵變數(shù)值遠高于通用磁制冷工質(zhì)Gd₃Ga₅O₁₂（GGG）和LiGdF₄（LGF）。

近期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心龍有文研究員團隊與深圳大學曾昱嘉教授和崔宏志教授團隊合作，提出了一種以強關(guān)聯(lián)自旋無序來實現(xiàn)低溫下大體積磁熵變的方法，并在釓硅酸鹽Gd_9.33[SiO₄]₆O₂體系中得到了驗證。該材料具有非常高的磁離子密度（1.78 × 10^22?cm^-3），即使在極低的50 mK溫度下，仍未出現(xiàn)長程磁有序。這些特性使其展現(xiàn)出巨大的體積單位磁熱響應(yīng)，遠高于商業(yè)化順磁鹽制冷工質(zhì)釓鎵石榴石（Gd₃Ga₅O₁₂），并超越了大部分已報導的材料體系。這一研究為尋找和開發(fā)具有更高體積密度表現(xiàn)的超低溫磁熱材料提供了新的思路。

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圖2. Gd_9.33[SiO₄]₆O₂材料的磁熱性質(zhì)分析，該材料具有非常高的磁離子密度（1.78 × 10²²?cm^-3），在7 T、3 T等代表性外場下，磁熵變數(shù)值高于絕大多數(shù)已報導的材料體系。與通用順磁鹽相比，其吸熱能力Q也處于較高水平。

相關(guān)研究成果以“Exceptional Magnetocaloric Responses in a Gadolinium Silicate with Strongly Correlated Spin Disorder for Sub-Kelvin Magnetic Cooling”為題，發(fā)表在近期的《Advanced Science》上。該研究由中國科學院物理研究所龍有文研究員、深圳大學曾昱嘉教授和崔宏志教授指導完成，材料合成及表征工作由深圳大學楊子煜博士（現(xiàn)為物理所訪問學者）、物理所在讀博士生張杰等人共同完成。低溫比熱測試得到了物理所李世亮研究員的大力協(xié)助。此項研究獲得了科技部、國家自然科學基金委、北京市自然科學基金委、中國科學院、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金以及深圳市科創(chuàng)委等項目的資助。