北航新闻网6月23日电（通讯员 王琳）几何阻挫自旋系统是研究新型物质状态的理想平台，例如自旋液体、自旋冰等奇异量子态，是凝聚态物理的重要前沿领域。北京航空航天大学物理学院量子磁性和拓扑物理方向赵侃教授课题组联合中国科学院物理研究所、中国科学院理论物理研究所、南方科技大学、华中科技大学等单位的科研人员，在螺旋伊辛反铁磁体Nd3BWO9中发现了场驱动的伊辛超临界现象及其普适磁热效应。该研究将经典气液超临界概念拓展至阻挫量子磁性体系，为极低温固态磁制冷开辟了新途径。相关成果以“Ising Supercriticality and UniversalMagnetocaloricsin Spiral Antiferromagnet Nd3BWO9”为题发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)，并被选为PRL编辑推荐(Editors' Suggestion)。

稀土磁体中几何阻挫与量子涨落的相互作用可催生出丰富的奇异自旋物态。稀土硼钨酸盐RE3BWO9(RE=Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho)家族因具有六方畸变笼目层状结构，成为研究几何阻挫磁性的重要材料体系。研究团队此前已在Gd3BWO9体系中观测到反铁磁有序及临界行为诱导的巨磁热效应[Phys. Rev. Mater.9, 094407 (2025)]；而Nd3BWO9具有强伊辛各向异性与强自旋阻挫，呈现出螺旋伊辛反铁磁自旋结构与丰富的场诱导相变，是研究场致磁转变及临界现象的理想体系。研究团队通过助熔剂方法制备得到大尺寸、高质量的Nd3BWO9单晶样品，并在磁场沿c轴的条件下开展了详细的磁学与热力学测量。

图1：Nd3BWO9晶体结构、单晶照片及X射线衍射图谱。

研究团队在Nd3BWO9的磁场-温度相图中确定了一条场驱动的相变线，其临界终点对应临界磁场约1.04 T、临界温度约0.3 K。临界终点之上，体系进入伊辛超临界区，该交叉线严格遵循三维伊辛普适类标度律。利用绝热退磁实验，研究团队在Nd3BWO9中实现了“自级联”制冷：从4 T、2 K出发，温度先在临界场HC≈ 1.04 T处下降，继而在HSF≈ 0.65 T处由畴壁激发贡献的近零点熵驱动进一步降温，最终达到195mK。Nd3BWO9具有较高的熵密度，在1 T的磁场变化下即可实现约83 mJ·K-1·cm-3的体积熵变，远超传统顺磁盐Ce2Mg3(NO3)12·24H2O（CMN），也优于自旋超固体候选材料Na2BaCo(PO4)2（NBCP）。在全球3He短缺的背景下，伊辛反铁磁体Nd3BWO9展现的超临界磁热效应和自级联制冷机制为研究磁制冷技术提供了新思路。

图2：Nd3BWO9在H//c下的绝热退磁曲线及磁熵变曲线。

图3：Ising反铁磁体Nd3BWO9的温度-磁场相图示意图。

论文共同第一作者为刘鑫阳（北航物理学院与彭桓武科教合作中心）、吕恩泽（中科院理论物理所）、崔雪玲（北航物理学院）与葛晗（南方科技大学物理系）；赵侃教授（北航物理学院）、项俊森副研究员（中科院物理所）、孙培杰研究员（中科院物理所）与李伟研究员（中科院理论物理所）为论文的共同通讯作者。合作者还包括华中科技大学的宋方圆与田召明教授，以及中科院理论物理所的苏刚研究员。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助及北航分析测试中心的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/nqcw-pz8v

（审核：王菲）

编辑：贾爱平