Кристалл для охлаждения веществ до сверхнизких температур создали в Казани

Ученые Института физики Казанского федерального университета (КФУ) впервые в России синтезировали литиевый тетрафторид гадолиния (LiGdF4). Перспективный материал с заданными магнитными свойствами может применяться в тех сферах, где необходимо создавать и поддерживать очень низкие и сверхнизкие температуры, например, при создании лазеров, квантовых компьютеров и космических инфракрасных телескопов.

Проблема производства безопасных, экологичных и экономичных холодильных установок актуальна по всему миру. В современных "холодильниках" возможно вытекание рабочих газов. Наиболее перспективной альтернативной технологией ученые считают использование системмагнитного охлаждения. Соединения гадолиния относят к веществам, которые могут потенциально обладать подобными свойствами.

Литиевый тетрафторид гадолиния используется как резервуар, спиновая подсистема которого при адиабатическом выключении магнитного поля отбирает тепло у решетки кристалла, в результате чего система охлаждается.

— приводятся в сообщении слова заместителя директора по научной деятельности, доцента кафедры общей физики, инженера научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники им. С. А. Альтшулера кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Института физики КФУ Ирины Романовой.

В лаборатории магнитной радиоспектроскопии ученые вырастили кристалл LiGdF4. Выращивание соединений подобной структуры - процесс, требующий высокой очистки реактивов от примеси кислорода и влаги, жесткого фторирования, нестандартной конфигурации теплового узла, строгого соблюдения технологического режима и многочисленных "ноу-хау". Исследователи отмечают, что двойные фториды выращенного кристалла являются эффективными многофункциональными материалами квантовой электроники. Исследованием нового соединения ученые КФУ занимаются вместе с коллегами из Института физических проблем им. П. Л. Капицы РАН: старшими научными сотрудниками Сергеем Сосиным и Василием Глазковым.

Кристаллы LiGdF4 представляются многообещающими материалами для систем охлаждения с адиабатическим размагничиванием из-за высокого изменения объемной энтропии, которое, в свою очередь, связано с высокой плотностью ионов Gd. "Основным преимуществом таких систем на основе магнитокалорического эффекта LiGdF4 является возможность получить низкие температуры в интервале от 10 К до 4 К с мощностью охлаждения до 100 мВт. Такие материалы имеют большое практическое значение, например, в качестве ступени охлаждения будущих космических инфракрасных телескопов с криоохлаждением (SAFIR)", - сказал ведущий научный сотрудник НИЛ Квантовые симуляторы, доцент кафедры общей физики Института физики КФУ Руслан Батулин.

Научный проект ученых был поддержан грантом Российского научного фонда.

Источник: nauka.tass.ru