（通讯员 董超）7月21日，《自然》子刊《自然•亚洲材料》（NPG Asia Materials，影响因子9.7）在线刊发了题为“Ultralow-field magnetocaloric materials for compact magnetic refrigeration”的论文。该成果是国家脉冲强磁场科学中心用户中国科学院金属研究所李昺研究员团队在新型磁致冷材料研究上的新进展，也是中心基于最新研制的磁卡效应测量系统取得的首项研究工作。李昺研究员、中心王俊峰研究员以及日本国立材料科学研究所原东升教授为论文共同通讯作者，中心工程师董超自主设计和制作了绝热温变测量杆，并完成了实验测量系统的搭建和科学测量工作。

磁卡效应是指样品在磁场作用下发生的吸热或者放热现象，脉冲强磁场下的磁卡效应测量能够在绝热条件下直接探测样品温度随磁场的变化关系，是研究物质磁性、量子材料、巨磁卡效应等体系中磁相变、热力学参数和磁热行为的重要实验手段。利用国家脉冲强磁场科学中心毫秒量级时间的磁场条件和超高真空样品测量杆，我们成功搭建了脉冲强磁场下的磁卡效应测量系统（如图1所示），通过薄膜温度计的精准热探测和快速锁相技术，实现样品在0-60T超强磁场和1.5-300K温区下的绝热温变测量。

图1  脉冲强磁场下磁卡效应测量系统电路原理图

目前，镓钆石榴石（GGG）在液氦温区下的磁制冷技术中发挥着重要作用。该工作研究了LiREF₄（RE为稀土元素Tb、Dy、Ho、Er、Yb）等系列单晶样品，发现其磁热性能远优于GGG材料。例如，LiHoF₄在0.5T磁场下表现出巨大的熵变（16.7Jkg⁻¹K⁻¹），远高于同等条件下GGG熵变（1.0Jkg⁻¹K⁻¹）。在25T脉冲强磁场下，LiREF₄（RE=Tb，Ho，Dy）几种单晶的绝热温变均高达20K以上，表现出优良的巨磁卡效应。这种具有磁场驱动的巨熵变和磁热性能的材料是液氦温区下磁制冷技术的理想工质。该实验结果也进一步验证了脉冲强磁场下磁卡效应测量系统的可靠性，为将来开展更多相关科学研究打下了基础。

图2  LiDyF₄的晶体结构和脉冲强磁场下的磁卡效应

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划、中国科学院国际伙伴计划以及脉冲强磁场实验装置学科交叉基金等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41427-023-00488-7