致密 Gd$^{3+}$ 双钙钛矿中自由自旋主导的磁热效应

具有致密磁晶格的阻挫镧系氧化物因其大的基态熵和受抑制的有序温度而在低温制冷方面具有潜在应用，因而引起基础研究的兴趣，但常受短程关联的限制。在此，我们给出阻挫 fcc 氧化物的例子：Ba$_2$GdSbO$_6$ 与 Sr$_2$GdSbO$_6$，以及新的位点无序类似物 Ca$_2$GdSbO$_6$ ([CaGd]$_A$[CaSb]$_B$O$_6$)，其中磁热效应受极弱超交换（$J_1 \sim 10$ mK）影响。我们利用粉末 X 射线衍射报道了晶体结构，并通过低场磁化率和等温磁化测量报道了块体磁性质。Gd 化合物在 2 K、7 T 磁场下表现出高达 -15.8 J/K/mol$_\textrm{Gd}$ 的磁熵变，比磁制冷标准材料 Gd$_3$Ga$_5$O$_{12}$ 的 -13.0 J/K/mol$_\textrm{Gd}$ 高出 20%。热容测量表明 Ba$_2$GdSbO$_6$ 和 Sr$_2$GdSbO$_6$ 在降至 0.4 K 时均无磁有序，提示可冷却穿过液 4-He 温区。采用平均场模型阐明了与其他高性能 Gd 基氧化物相比， primarily free spin 行为在这些化合物磁热性能中的作用。双钙钛矿的化学灵活性提升了在 Gd$^{3+}$ fcc 晶格中进一步增强磁热效应的可能性。