量子自旋链材料硝酸铜中临界性增强的磁热效应

低维量子磁体由于其中存在丰富的奇异量子相以及实验室中的可实验性，持续吸引着凝聚态物理领域的研究者。本工作中，采用热张量网络(TTN)模拟、第一性原理计算以及实验中的磁化测量等多技术方法，对一种自旋链材料 Cu(NO$_3$)$_2$ $\cdot$ 2.5H$_2$O（硝酸铜半五水合物，CN）进行了综合研究。利用本工作开发的尖端TTN方法，我们在一个交错海森堡反铁磁链模型中确定了耦合参数 $J=5.13$ K、$\alpha=0.23(1)$ 以及朗德因子 $g_{\parallel}=2.31$、$g_{\perp}=2.14$，利用这些参数可以极好地拟合磁热动力学性质。部分拟合的实验数据是在我们合成的单晶CN样品上测量的。基于第一性原理计算，我们通过展示计算得到的电子密度分布明确揭示了CN中的自旋链图景，从中可直观看到不同的超交换路径。在此基础上，我们通过计算其等熵线和磁格林奈森参数(GP)研究了CN中的磁热效应(MCE)。发现了显著的量子临界性增强的MCE，TTN模拟与在亚开尔文区域测量的等熵线吻合良好。我们提出，由于在强度适中的两个临界场 2.87 和 4.08 T 附近MCE显著增强，CN有望成为一种非常有前景的量子临界冷却剂。