東京理科大學發現可應用於冷卻的近似結晶磁熱量效應控制方法

目前的極低溫冷卻裝置大多使用液態氦作為冷媒，但液態氦資源稀少且成本高，故需要尋找不需冷媒的材料有助於開發出友善環境的冷卻方法。磁熱量效應指的是某些材料在被施加或移除磁場時溫度會出現變化的現象，若是加以利用則可望擺脫冷媒的依賴。東京理科大學的研究團隊發現鎵基（Ga-based）的蔡氏型近似晶體在-269℃的極低溫下會展現出史上最高值的巨大磁熱量效應。

晶體指的是原子以週期性、重複地像樂高積木無限堆疊般排列，準晶體則是不具週期性但結構卻具有高對稱性和有序性，而蔡氏型（Tsai cluster）近似晶體則是由二十面體準晶體以週期性排列的特殊物質，具有高硬度、低導熱性以及在特定條件下強烈的磁熱量效應等性質。本次研究團隊發現可以藉由將結構中釓Gd-鉑Pt-鎵Ga的部分元素替換成金Au，從而降低「平均價電子數」（價電子數e/原子總數a），讓材料內原本混亂無序的磁矩都朝向同一方向、產生磁性。透過上述方法，研究團隊突破長久以來難以精確控制蔡氏型近似晶體磁性的關卡。

這項發現有望開發出不依賴液態氦，且對環境負擔更低的次世代冷卻系統，可應用於極低溫領域的絕熱冷卻系統，或用於-269℃以下的冷卻技術，如量子計算機、超導磁體等尖端科技領域。

資料來源：東京理科大學（2025年8月27日）

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