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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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我國學(xué)者提出超臨界磁壓熱效應(yīng)
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我國學(xué)者提出超臨界磁壓熱效應(yīng) 中國科學(xué)報(bào) 2023-10-10 15:14:53 閱讀量：52 近日，中國科學(xué)院大學(xué)教授蘇剛團(tuán)隊(duì)與合作者利用自己發(fā)展的精確高效有限溫度張量重正化群方法，完整給出了Shastry-Sutherland晶格量子磁性模型的壓力—溫度相圖，發(fā)現(xiàn)該相圖與水的相圖極為相似，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在臨界點(diǎn)上方的超臨界區(qū)存在一種新奇的量子關(guān)聯(lián)誘導(dǎo)的致冷機(jī)制，命名為超臨界磁壓熱效應(yīng)。該效應(yīng)給出了一種無液氦極低溫制冷的新原理。這項(xiàng)工作最近發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。 阻挫量子磁體在極低溫有顯著的量子漲落，可能涌現(xiàn)出超越朗道-金茲堡-威爾遜對(duì)稱破缺范式的新奇物態(tài)和相變，如具有分?jǐn)?shù)化激發(fā)的量子自旋液體和解禁閉的量子臨界點(diǎn)等。由于阻挫量子磁體在極低溫呈現(xiàn)出新穎熱物性、存在高度可調(diào)的巨大磁熵密度，在遠(yuǎn)低于相互作用能標(biāo)的低溫，系統(tǒng)仍然存在很強(qiáng)的自旋漲落，是國際上備受關(guān)注的重要研究方向。 最近，多個(gè)實(shí)驗(yàn)組在阻挫磁體SrCu2(BO3)2晶體的高壓熱力學(xué)研究方面取得進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)了方塊聚合自旋單態(tài)存在的比熱證據(jù)，揭示了該磁性材料相圖與水相圖的相似之處，即二者均存在一級(jí)相變；終止于一個(gè)涌現(xiàn)的孤立臨界點(diǎn)；在高壓下施加磁場(chǎng)的低溫核磁共振測(cè)量提供了存在鄰近解禁閉量子臨界點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)等。 蘇剛聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)利用自己發(fā)展的精確高效有限溫度張量重正化群方法，系統(tǒng)給出了與該材料相關(guān)的Shastry-Sutherland阻挫晶格模型的溫度—壓力相圖，發(fā)現(xiàn)在低于系統(tǒng)能標(biāo)兩個(gè)數(shù)量級(jí)的低溫下，存在對(duì)稱破缺的方塊聚合自旋單態(tài)固體相，首次在理論上得到其對(duì)應(yīng)的有限溫度相變線及其臨界終點(diǎn)。在方塊自旋單態(tài)上繼續(xù)施加外磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在從方塊單態(tài)到自旋超固態(tài)的量子相變，并給出了實(shí)驗(yàn)可觀測(cè)的中子散射和磁熱效應(yīng)等理論預(yù)言。這些理論結(jié)果印證了最近針對(duì)SrCu2(BO3)2 晶體材料取得的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。 他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在該系統(tǒng)的涌現(xiàn)臨界點(diǎn)上方超臨界區(qū)，存在著由量子關(guān)聯(lián)變化，即從二聚合自旋單態(tài)到方塊聚合自旋單態(tài)液體，所引起的顯著磁熵效應(yīng)。與傳統(tǒng)磁熱效應(yīng)中磁矩隨外場(chǎng)變化產(chǎn)生有序-無序轉(zhuǎn)變帶來的磁熵變完全不同，這是一種新型的磁無序-無序轉(zhuǎn)變的效應(yīng)，被命名為超臨界磁壓熱效應(yīng)，為無液氦極低溫固體制冷提供了一個(gè)新思路。 （a）Shastry-Sutherland模型的壓力-溫度示意圖。在其涌現(xiàn)臨界點(diǎn)上方存在超臨界磁壓熱效應(yīng)。（b）Shastry-Sutherland模型超臨界區(qū)的等熵線，有望被應(yīng)用于量子關(guān)聯(lián)致冷。 中國科學(xué)院大學(xué)供圖 相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.116702 |
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