Giant Low-Field Magnetocaloric Effect at Sub-Kelvin Temperatures in Ferromagnetic NH4GdF4

磁制冷 化学 凝聚态物理 铁磁性 磁化 磁场 绝热过程 制冷剂 消磁场 热力学 物理 量子力学 气体压缩机
作者
Qing Guo,Weijun Ren,Peng Liu,Jiwei Yao,Junsen Xiang,Kun Zhang,Yanxu Wang,L. S. R. Kumara,Xiao‐Lei Wang,Wei Li,Bing Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c10979
摘要

The development of materials for helium-free sub-Kelvin adiabatic demagnetization refrigeration (ADR) is crucial for advancing research in condensed matter physics, quantum computing, astrophysical measurements in space, and other related fields. Among such materials, Gd3Ga5O12 (GGG) has been widely regarded as a benchmark cryogenic refrigerant for ADR systems. In this article, we report on a rare-earth fluoride, NH4GdF4, whose low-field magnetocaloric effect is significantly stronger than that of GGG. NH4GdF4 orders at Tc = 0.85 K and exhibits a ferromagnetic ground state at low temperatures as proved by the nearest neighbor exchange interaction model and the specific heat analysis. It has excellent low-field magnetization properties, as evidenced by approaching its saturation magnetization of 160 emu/g below a magnetic field of 10 kOe. Furthermore, the magnetic entropy change of up to 38.2 J·kg–1·K–1 and its measured temperature change of 1.1 K at an initial temperature of 1.8 K under the magnetic field change of 0–10 kOe are greater than all reported results and much greater than the entropy change and temperature change of GGG under the same conditions. Thus, NH4GdF4 is a competitive refrigerant candidate for low-field-driven ADR applications at sub-Kelvin temperatures.
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