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物理学に反する：この珍しいクリスタルは純粋な磁気を使用してそれ自体を冷やします

自然の結晶は、鮮やかな色、ほぼ完璧な外観、多様な対称的な形に魅了されます。しかし、研究者はまったく異なる理由でそれらに興味を持っています。すでに知られている無数の鉱物の中で、彼らは常に異常な磁気特性を持ついくつかの材料を発見します。これらの1つはアタカマイトであり、低温で磁気の挙動を示します。つまり、材料の温度が磁場にさらされると大幅に変化します。 Tu BraunschweigとHelmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（HZDR）が率いるチームは、このまれな特性を調査しました（doi：10.1103/physrevlett.134.216701）。長期的には、結果はエネルギー効率の高い磁気冷却のための新しい材料の開発に役立ちます。 エメラルドグリーンミネラルアタカマイトは、最初に発見された場所であるチリのアタカマ砂漠にちなんで名付けられ、含まれている銅イオンからその特徴的な色を取得しています。これらのイオンは、材料の磁気特性も決定します。それぞれが、コンパスの小さな針に匹敵するイオンにイオンに磁性モーメントを与える不対の電子を持っています。 「アタカマイトの明確な特徴は、銅イオンの配置です」と、ユリッヒ科学センター（JCNS）のレオニー・ハインゼ博士は説明します。 「それらは、Sawtoothチェーンとして知られる小さなリンクされた三角形の長いチェーンを形成します。」この幾何学的構造には結果があります。銅イオンのスピンは常に互いに反平行に整列したいと考えていますが、三角形の配置により、この幾何学的に完全に達成することができます。 「私たちはこれを磁気フラストレーションと呼んでいます」とハインゼは続けます。このフラストレーションの結果、アタカマイトのスピンは、静的な交互構造で、非常に低い温度（9ケルビン（-264°C）未満の非常に低い温度にのみ配置します。 研究者がHZDRの高磁場実験室（HLD）の非常に高磁場の下でアタカマイトを調べたとき、驚くべきことが明らかになりました。材料は、パルス磁場で顕著な冷却を示しました。この異常に強力な冷却効果は、この文脈での磁気的に欲求不満の材料の行動がほとんど研究されていないため、特に研究者を魅了しました。ただし、マグネトカロリー材料は、エネルギー効率の高い冷却やガスの液化など、従来の冷却技術の有望な代替手段と考えられています。これは、クーラントを圧縮して拡張する代わりに、すべての冷蔵庫で行われるプロセスであるプロセスを使用して、環境に優しい潜在的に低い低下アプローチで磁場を適用することにより、温度を変更できるためです。 この強力なマグネトカロリア効果の起源は何ですか？ 欧州磁場研究所（EMFL）のさまざまな研究室での追加の研究により、より詳細な洞察が提供されました。 「磁気共鳴分光法を使用することにより、磁場が適用されるとアタカマイトの磁気秩序が破壊されることを明確に実証することができました」とHLDの科学者であるトミー・コッテ博士は説明します。 「これは、多くの磁気的に欲求不満の材料の磁場が通常フラストレーションに対抗し、秩序ある磁気状態を奨励するため、珍しいことです。」 チームは、磁気構造の複雑な数値シミュレーションにおけるミネラルの予期しない挙動の説明を見つけました。磁場は、フィールドに沿った鋸歯状チェーンの先端に関する銅イオンの磁気モーメントを整列させ、したがって、予想どおりにフラストレーションを減らします。これが削除されると、長距離の磁気順序は存在しなくなります。これにより、チームに特に強い磁気効果の説明が得られました。磁場がシステムの磁性エントロピー - またはより正確には、磁気エントロピーに影響を与えるときに常に発生します。エントロピーのこの急速な変化を補うために、材料はそれに応じて温度を調整する必要があります。これは、研究者が現在アタカマイトで実証したまさにそのメカニズムです。 「もちろん、アタカマイトが新しい冷却システムで使用するために将来広く採掘されるとは考えていません」とトミー・コッテ博士は言います。チームは、彼らの仕事がさらなる研究、特に磁気的に欲求不満のシステムの大規模なクラス内で革新的なマグネトカロリー材料のターゲットを絞った検索を刺激することを望んでいます。 #物理学に反するこの珍しいクリスタルは純粋な磁気を使用してそれ自体を冷やします