💡这项突破是什么?
磁卡效应是指磁性材料在磁场变化时发生的温度变化，可用于制冷。传统磁卡效应依赖于经典相变，其制冷能力在低温下受限。量子相变是温度趋近于零时发生的相变，其临界点附近的量子涨落可产生更强的磁卡效应。中国科学院理论物理研究所李伟研究员团队与合作者，首次提出并系统研究了量子超临界磁卡效应，揭示了其普适标度规律，为无液氦极低温制冷提供了新方案。
量子超临界磁卡效应源于量子临界点附近的量子涨落。在量子临界点，系统处于高度纠缠的量子态，对外界扰动（如磁场变化）极为敏感。研究团队通过理论计算发现，量子超临界磁卡效应的制冷能力随温度降低而发散 ，其发散规律系统地超越经典相变制冷 。因此，基于量子超临界磁卡效应，可以突破传统相变制冷中冷量与低温难以兼得的内在限制，凸显出量子相变制冷的独特优势。
量子超临界行为可在实际材料中观测。计算表明，在伊辛铁磁体 中，通过施加横场将系统调控至量子临界点，随后仅将磁场（或样品）方向偏转很小的角度（例如 2°），即可利用量子超临界磁卡效应实现从 1.3 K 至 52 mK 的冷却。量子超临界态的实现路径还具有多样性：除施加双磁场外，亦可采用压力场与磁场联合调控，或利用掺杂所引入的“内场”与外磁场协同。在氦-3资源日益紧缺的当下，基于该效应的固态制冷方案，为无氦-3极低温技术开辟了一条具备“量子优越性”的多场调控全新路径。
该研究近期以“Quantum supercritical regime with universal magnetocaloric scaling in Ising magnets”为题发表于《自然·通讯》（Nature Commun. 16,10646 (2025)），理论物理所李伟研究员为论文通讯作者，博士生吕恩泽为第一作者。该项工作得益于理论所凝聚态理论与统计物理团队的紧密协作，研究合作者包括理论所金瑜亮研究员与西宁博士，并得到苏刚研究员等在学术讨论中给予的宝贵帮助。工作获得了中国科学院B类先导专项“无液氦极低温量子材料固态制冷与关键技术”、国家重点研发计划及国家自然科学基金委等相关项目的资助。
