金属磁性材料中的巨大“磁制冷效应”和奇特“自旋超固态”

自旋超固体是超固体的磁性类似物，同时具有固体序和超流序，凭借其强烈的低能涨落及相关熵效应，已成为一种很有前景的亚开尔文制冷剂。然而，严苛的形成条件使其此前仅存在于某些磁性绝缘体中。本研究报告在稀土化合物EuCo₂Al₉（ECA）中发现了金属性自旋超固体，该化合物是一种良金属，具有优异的导电和导热性能。高自旋Eu²⁺离子形成具有堆叠三角形层的三维晶格，其中自旋超固体状态通过Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida（RKKY）相互作用和偶极耦合共同稳定。中子衍射提供了自旋超固体的微观证据，表明该合金中面外和面内自旋序共存。我们的RKKY-偶极模型成功捕捉到ECA中的金属自旋超固体Y相和V相，以及1/3磁化平台。这些相中观察到的非经典磁化行为表明存在显著的量子涨落，这可能是由传导电子增强的。由于传导电子受到局域磁矩的散射，电阻率测量为自旋超固体转变提供了输运探针。通过绝热退磁过程，ECA实现了106毫开的极低温冷却，展现出巨磁热效应，表现为磁格林艾森比的显著异常。ECA成为首批金属性自旋超固体之一，它结合了低冷却温度、大磁熵和超高导热性，适用于高性能亚开尔文制冷。