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凝聚态物理 > 强关联电子

arXiv:2504.08636 (cond-mat)
[提交于 2025年4月11日 ]

标题: 增强量子涨落的三角晶格磁体GdBO3中的毫开尔文磁制冷

标题: Quantum Fluctuation-enhanced Milli-Kelvin Magnetic Refrigeration in Triangular Lattice Magnet GdBO3

Authors:Weijie Lin, Nan Zhao, Zhaoyi Li, Weiran An, Ruixin Guo, Jianqiao Wang, Changzhao Pan, Bo Wen, Jieming Sheng, Liusuo Wu, Shu Guo
摘要: 基于稀土元素的三角晶格反铁磁体,由于具有强量子涨落和弱磁相互作用,通常可以在非常低的温度下保持大的磁熵,使其成为超低温磁制冷的理想候选材料。 这些材料由于增强的自旋涨落而表现出显著的磁热效应(MCE),尤其是在量子临界点附近,这导致了磁熵的显著变化。 本研究报道了一种以Gd为基础的三角晶格材料GdBO3的晶体生长、结构、磁性和磁热效应,该材料具有较大的自旋量子数(S = 7/2)。 在零磁场比热测量中观察到了连续的相变(T1 = 0.52 K,T2 = 0.88 K,和T3 = 1.77 K)。 此外,在外加磁场下的热力学分析确定了GdBO3的五个不同的相区和三个量子临界点。 由于其宽广的比热特征和高密度的磁性Gd3+离子,我们使用一种定制设计的基于GdBO3的绝热去磁制冷机,在场诱导的量子临界点附近实现了50 mK的最低温度。 我们的发现表明,在2 K以下存在显著的量子涨落,证明了GdBO3在毫开尔文磁冷却应用中的潜力。
摘要: Rare-earth-based triangular lattice antiferromagnets, with strong quantum fluctuations and weak magnetic interactions, can often retain large magnetic entropy down to very low temperatures, making them excellent candidates for magnetic refrigeration at ultra-low temperatures. These materials exhibit a substantial magnetocaloric effect (MCE) due to enhanced spin fluctuations, particularly near quantum critical points, which leads to significant changes in magnetic entropy. This study reports on the crystal growth, structure, magnetism, and MCE of a Gd-based triangular lattice material, GdBO3, characterized by a large spin quantum number (S = 7/2). Successive phase transitions (T1 = 0.52 K, T2 = 0.88 K, and T3 = 1.77 K) were observed in zero-field specific heat measurements. Furthermore, thermal dynamic analysis under external magnetic fields identified five distinct phase regions and three quantum critical points for GdBO3. Due to its broad specific heat features and the high density of magnetic Gd3+ ions, we achieved a minimum temperature of 50 mK near the field-induced quantum critical point, using a custom-designed GdBO3-based adiabatic demagnetization refrigerator. Our findings reveal significant quantum fluctuations below 2 K, demonstrating GdBO3's potential for milli-Kelvin magnetic cooling applications.
主题: 强关联电子 (cond-mat.str-el)
引用方式: arXiv:2504.08636 [cond-mat.str-el]
  (或者 arXiv:2504.08636v1 [cond-mat.str-el] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.08636
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Weijie Lin [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 4 月 11 日 15:38:10 UTC (1,389 KB)
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