北航科研再传捷报
2024年1月10日
北京航空航天算夜学物理学院
金文涛副教授课题组与互助者
在阻挫量子磁性材料领域
取得主要研究进展
干系成果揭橥于《Nature》
当期《Nature》封面
2024年1月10日，《Nature》杂志在线全文揭橥了北京航空航天算夜学物理学院金文涛副教授课题组与互助者在阻挫量子磁性材料方面的最新研究成果：“Giant magnetocaloric effect in spin supersolid candidate Na2BaCo(PO4)2”。
共同第一作者：中科院物理所博士后项俊森（北航博士毕业生），北航物理学院在读博士生张传迪、高源
共同通讯作者：北航物理学院金文涛副教授，中科院理论物理研究所/北航-理论所彭桓武科教互助中央李伟研究员，中科院物理所孙培杰研究员，中国科学院大学苏刚教授
1月11日
央视新闻宣布
我国科学家实现
无液氦极低温制冷研究打破
极低温制冷是我国科研领域
亟待占领的关键核心技能之一
这次根本研究的打破
是国际上在实际固体材料中
首次给出超固态存在的实验证据
科研团队未来的事情目标
是连续打破极低温的极限
并在未来建成无液氦极低温制冷机
可以为例如超导量子打算机
供应靠近绝对零度的极低温运行环境
并且在凝聚态物理、材料科学、深空探测等
前沿技能领域广泛运用
图为北航金文涛副教授
这是一项若何的技能？
小萱这就为大家先容——
超固态的观点由诺贝尔物理奖得主、英国科学家A. Leggett于1970年提出，是一种在靠近绝对零度时呈现出的新奇量子物态，兼具固体和超流体的特色。目前，除了冷原子气的仿照实验外，人们一贯未能在固态物质中找到超固态存在的可靠实验证据。近年来，阻挫量子磁性理论与实验研究的发达发展为探求基于自旋系统的超固态供应了新机遇。最近，金文涛课题组与物理所、理论所、国科大团队互助者在钴基三角晶格磷酸盐Na2BaCo(PO4)2中首次创造同时具备自旋固态和自旋超流体特色的“自旋超固态”这一新奇量子物态的存在证据，并不雅观察到由此导致的、可实现极低温制冷的巨磁卡效应。
通过绝热去磁过程，团队创造在量子临界点Bc3附近，Na2BaCo(PO4)2单晶的温度急剧低落，可以到达94mK的最低制冷温度，磁场驱动的温度低落速率（格林奈森参数）约为商用制冷工质Gd3Ga5O12的四倍（图1）。由于其卓越的制冷性能来自于自旋超固态下强烈的量子自旋涨落，因此该效应可被称为自旋超固态巨磁卡效应，这是一种全新的制冷事理。
图1：Na2BaCo(PO4)2单晶的绝热退磁制冷曲线(a)以及其格林奈森参数与其他磁制冷材料的比拟(b)
此外，金文涛课题组利用所成长的大尺寸单晶，开展了极低温下的中子衍射实验。实验成功不雅观察到由面外磁场驱动的三次量子相变，确认了钴离子自旋面外分量所形成的三子格长程序（即固态序），并通过由无能隙引发和微弱的层间相互浸染共同导致的非公度磁峰实现了对超流序的间接探测（图2）。中子衍射实验结果与团队互助者的理论打算结果高度同等，供应了该材料中存在自旋超固态的主要微不雅观证据。
图2：Na2BaCo(PO4)2单晶中子衍射数据。a-c：零磁场下30 mK衍射峰的涌现，表明三子格序(固态序)的存在；d，f：实验不雅观察到的95 mK时磁峰的位置和强度随磁场的蜕变；g: 理论打算的零温下固态序和超流序的序参量，个中超流序参量与f中非公度磁峰的行为相似；e：三个不同相中磁峰强度的温度依赖行为，表明自旋超固态有显著减小的有序磁矩和强烈的自旋涨落
此研究表明，利用阻挫量子磁性材料中与新奇量子物态干系的丰富低能引发和相应的量子临界物态调控，有可能得到高效的磁制冷效应。研究成果有望为极低温固态制冷供应新的思路和解决方案，利用于深空探测、量子科技等对极低温有主要需求的研究领域，缓解当前面临的环球氦资源短缺的问题。
该事情得到了国家自然科学基金、国家级青年人才项目、北航青年拔尖人才支持操持等项目以及怀柔综合极度条件实验装置的支持。
面向天下科技前沿
面向国家重大需求
北航青年人才军队
于奋进中开拓创新
于探索中雕琢前行
为实现高水平科技自主自强
推进强国培植、民族复兴历史伟业
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来源：北京航空航天算夜学
出品 | 航小萱®事情室
素材来源｜物理学院
