综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

发现超低温巨大稀土磁热材料

日期: 2025-01-21
浏览次数: 155
来源:中国科学院物理研究所


随着氦气资源的日益短缺以及低温制冷在空间应用、量子技术和前沿科学研究中的广泛应用,低温制冷技术的重要性不断增强。绝热去磁制冷技术(Adiabatic Demagnetization Refrigeration,ADR)基于材料的磁热效应(Magnetocaloric effect,MCE),提供了无需使用稀缺3He、4He达到亚开尔文温区的有效解决方案。其中,材料的磁熵变(ΔSM)是驱动ADR的关键因素。为使材料的磁熵变更接近理论值ΔSM=nRln(2J+1)/MW,除了选择具有较大J值的稀土离子外,原子配位环境对磁密度、磁耦合和晶体场效应起着关键作用,从而显著影响磁基态和实际磁熵变值-ΔSM。
最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M03组胡凤霞研究员、王晶副研究员、沈保根院士及博士生王冰洁,联合物理所HX-01i组孙培杰研究员、项俊森副研究员及博士生刘鑫阳,物理所T02组王建涛研究员等合作者,通过调控磁密度和Eu2+离子的单离子行为,在EuX2(X = Cl,Br)体系中实现了创纪录的巨大超低温磁热效应。具有铁磁基态的EuCl2因其Eu2+离子的单离子行为和近自由自旋特性,表现出的巨大磁熵变使其在亚开尔文温区(约346mK)的保温时间超越了此前报道材料(包括商用材料)。
研究团队利用ab initio计算对EuCl2材料的电子局域函数(ELF)和态密度(DOS)进行分析,并结合布里渊函数分析和磁性测量,确定了EuCl2的铁磁基态,以及Eu2+ 离子的单离子行为和近自由自旋特性。这种单离子行为和近自由自旋的特性有助于材料产生巨大磁热效应。实验结果显示,EuCl2在5T磁场(1.8K)下实现了创纪录的-ΔSM ~ 74.6Jkg-1K-1,接近其理论极限(77.5Jkg-1K-1)的96%。与其他已报道的Gd3+和Eu2+基低温磁热材料相比(见图),尽管EuCl2的理论磁熵变值并非最高,但其在5T下的实验-ΔSM值超过了目前所有报道材料,且更接近其理论-ΔSM。更重要的是,由于EuCl2中Eu²⁺ 离子的近似自由自旋特性及其易饱和性,在1T低场下,EuCl2也达到了最高纪录的-ΔSM ~ 36.8 Jkg-1K-1,超越了所有其他材料,尤其显著高于商业低温制冷剂Gd3Ga5O12(GGG)。1T磁场下EuCl2的熵变接近GGG在2T下熵变(-ΔSM (2T) ~ 21Jkg-1K-1)的 2倍。此外,得益于EuCl2的大磁熵变,准绝热去磁测量发现,在初始温度和磁场为2K和5T下,EuCl2材料绝热去磁可达到~346mK,并在此温度下能够实现长时间保温。初步测量表明,EuCl2材料在不同初始条件下的保温时间均超过一小时,显著优于在相同工作条件下的其他(包括商用)材料(见图)。
相关研究成果以“A Record-High Cryogenic Magnetocaloric Effect Discovered in EuCl2 Compound”为题发表在Journal of the American Chemical Society [J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 35016−35022]上。并已申请发明专利(专利号:202411518651X)。该工作受到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项和综合极端条件实验装置的支持。
文章链接:https://doi.org/10.1021/jacs.4c12441



Hot News / 相关推荐
  • 2025 - 09 - 17
    点击次数: 9
    来源:X-MOL钙钛矿氧化物已成为固体氧化物电解槽在电解 CO2 上的热催化剂,氧化还原行为对其应用具有重要意义。在这项工作中,通过在 CO2 中再氧化处理,研究了再氧化时间和温度、循环氧化还原时间对钛酸锶镧钙钛矿氧化还原行为的影响。较高的再氧化温度(800 °C)和 240 min 的适当时间促进了表面氧、块状 Ti4+至 Ti3+和碳酸盐物质的形成,这些物质在循环氧化还原过程中进一步...
  • 2025 - 09 - 17
    点击次数: 9
    来源:中国稀土网据MiningNews.net网站报道,经历十多年之后,北方矿产公司(Northern Minerals)终于公布了其在西澳州棕岭(Browns Range)重稀土开发项目最终可行性研究报告,结果显示技术和经济上都可行。棕岭稀土矿目标是年产磷钇矿精矿1.75万吨,总稀土氧化物(TREO)品位25%,即TREO含量为4350吨。全成本为44.70美元/公斤。与全球其他稀土矿床相比,该...
  • 2025 - 09 - 16
    点击次数: 27
    来源:X-MOL氧化铈纳米颗粒(CeO2NPs)可以提高作物的耐盐性,但其在耐盐性对比的水稻品种中的调控机制尚不清楚。本研究探讨了聚丙烯酸包被纳米铈(PNC)在盐敏(黄花占,H)和耐盐(香粮优 900,X)中引发的调控差异。结果表明,PNC 启动提高了两个品种的耐盐性,但潜在机制不同。在 H 品种中,耐受性增强主要归因于光合作用增强(净光合作用和蒸腾速率分别比 X 品种高 53.27%和 20.5...
  • 2025 - 09 - 16
    点击次数: 24
    休斯顿,9月10日(阿格斯)—美国稀土元素公司Energy Fuels于9月9日宣布,其国内开采和加工的镨钕氧化物通过了用于电动汽车电机的所有质量保证测试。Energy Fuels在其位于犹他州的White Mesa工厂生产了高纯度的镨钕氧化物,韩国浦项制铁公司将其进一步加工成镨钕金属、钕铁硼合金烧结块和高性能、高温钕铁硼稀土永磁体。今年3月,该公司与浦项制铁签署了一项协议,使其生产的镨钕氧化物获...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务