[논문] Atacamite의 자기 좌절은 강한 필드에 노출 될 때 극적인 냉각을 유발합니다.

자연 결정은 생생한 색상, 거의 완벽한 외관 및 매니 폴드 대칭 형태에 매료됩니다. 그러나 연구자들은 이미 알려진 수많은 미네랄 중에서 항상 특이한 자기 특성을 가진 일부 재료를 발견합니다.

이들 중 하나는 아타 카 마이트 (Atacamite)로, 저온에서 자기 소속 적 거동, 즉 재료의 온도가 자기장. Tu Braunschweig가 이끄는 팀과 HZDR은 이제이 희귀 한 재산을 조사했습니다. 장기적으로는 결과가 지금입니다 게시 ~에 물리적 검토 편지에너지 효율적인 자기 냉각을위한 새로운 재료를 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

칠레의 아타 카마 사막으로 처음 발견 된 장소로 명명 된 에메랄드-그린 미네랄 아타 카 마이트 (Atacamite)는 포함 된 구리 이온에서 특징적인 채색을 얻습니다. 이 이온은 또한 재료의 자기 특성을 결정합니다. 각각은 이온을 제공하는 짝을 이루지 않은 전자를 가지고 있습니다. 자기 모멘트– 나침반의 작은 바늘과 비교할 수 있습니다.

중성자 과학 (JCNS)을위한 Jülich Center의 Leonie Heinze 박사는“아타 카마이트의 뚜렷한 특징은 구리 이온의 배열이다. “그들은 톱니 체인으로 알려진 작고 연결된 삼각형의 긴 사슬을 형성합니다.”

이 기하학적 구조는 결과를 초래합니다. 구리 이온 스핀이 항상 서로 안티 틀릴을 정렬하기를 원하지만 삼각형 배열은이 기하학적으로 완전히 달성하기가 불가능합니다. “우리는 이것을 자기 좌절이라고합니다.” 이러한 좌절의 결과로, 아타 카미이트의 스핀은 정적 교류 구조에서 9 켈빈 (-264 ° C) 이하의 매우 저온에만 배열됩니다.

연구원들이 HZDR의 High Magnetic Field Laboratory (HLD)의 매우 높은 자기장 아래에서 아타 카미이트를 조사했을 때, 놀라운 일이 나타났습니다.이 재료는 펄스가있는 자기장에서 눈에 띄는 냉각을 보였습니다. 이 맥락에서 자기 적으로 좌절 된 물질의 행동이 거의 연구되지 않았기 때문에이 비정상적으로 강한 냉각 효과는 특히 연구원들을 매료시켰다.

그러나, 자기 소속 물질은 에너지 효율적인 냉각 또는 가스의 액화를위한 기존 냉각 기술에 대한 유망한 대안으로 간주됩니다. 이는 모든 냉장고에서 발생하는 공정 인 냉각수를 압축하고 팽창시키는 대신 환경 친화적이고 잠재적으로 저소로 접근 방식에 자기장을 적용하여 온도를 변경하는 데 사용될 수 있기 때문입니다.

이 강력한 자기 전달 효과의 기원은 무엇입니까?

EMFL (European Magnetic Field Laboratory)의 다양한 실험실에서의 추가 연구는보다 심층적 인 통찰력을 제공했습니다. “사용함으로써 자기 공명 분광법HLD의 과학자 인 토미 코트 (Tommy Kotte) 박사는 “이것은 자기장의 자기장이 일반적으로 좌절에 대응하고 심지어 정렬 된 자기 상태를 장려하기 때문에 이례적인 일이라고 설명했다.

이 팀은 자기 구조의 복잡한 수치 시뮬레이션에서 미네랄의 예기치 않은 행동에 대한 설명을 발견했습니다. 자기장은 구리 이온'필드를 따라 톱니 체인의 끝에서 자기 모멘트는 예상대로 좌절감을 줄입니다.이 자기 모멘트는 인접한 체인에 약한 커플 링을 매개하는 것이 정확히 자기 모멘트입니다. 이것이 제거되면 장거리 자기 순서가 더 이상 존재할 수 없습니다.

이것은 또한 팀에게 특히 강한 자기 연속 효과에 대한 설명을 제공했습니다. 자기장이 시스템의 장애 또는 더 정확하게 자기 엔트로피에 영향을 미치는 경우 항상 발생합니다. 엔트로피의 이러한 빠른 변화를 보상하기 위해서는 재료가 그에 따라 온도를 조정해야합니다. 이것은 연구원들이 아타 카미이트에서 보여준 메커니즘입니다.

“물론, 우리는 Atacamite가 미래에 광범위하게 채굴 될 것으로 기대하지 않습니다. 냉각 “Kotte 박사는”우리가 조사한 물리적 메커니즘은 근본적으로 새롭고 우리가 관찰 한 자성적 영향은 놀랍게도 강력하다 “고 말했다.