高自旋施塔希-索尔顿磁性材料的巨型磁热效应
材料科学
2026-02-10 v1
摘要
施塔希-索尔顿晶格是原型无序量子磁体，因其恰好可解的二聚体基态而著名，并在外部场下 hosts 大量磁学现象。本文利用低温磁热测量和蒙特卡罗仿真研究了基于Eu的高自旋（S=7/2）磁体Eu2MgSi2O7（EMSO），发现该施塔希-索尔顿化合物 exhibits 巨型磁热效应（MCE）。在B=0-4 T的场变下，熵变峰值达到55.0 J kg⁻¹ K⁻¹，约为商业用Gd3Ga5O12（GGG）的1.5倍。绝热去磁制冷实现151 mK的最低温度，深入亚开尔文 regime。此外，在约1 T以下仍存在 distinctive cooling effect，这一特征在传统磁体冷却剂中不存在。引入一种二极射施塔希-索尔顿模型作为该系统的最小模型；特别是，实验所见的1/3磁化伪台阶可归因于Eu²⁺离子之间的二极射耦合，进一步由热力学涨落稳定，解释了持续的制冷效应。本工作将EMSO确立为探索二极射施塔希-索尔顿系统及亚开尔文绝热去磁制冷的新平台。
引用
@article{arxiv.2602.08497,
title = {Giant Magnetocaloric Effect in a High-Spin Shastry-Sutherland Dipolar Magnet},
author = {Jianjian Gong and Junsen Wang and Junsen Xiang and Zhaojun Mo and Lei Zhang and Xinyang Liu and Xuetong He and Lu Tian and Zhixing Ye and Huicai Xie and Xucai Kan and Xinqiang Gao and Zhenxing Li and Peijie Sun and Shouguo Wang and Wei Li and Baogen Shen and Jun Shen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.08497},
year = {2026}
}