Trong các hợp chất cân bằng hóa học (các hợp chất có tỷ lệ cố định của các nguyên tố), các tỷ lệ nguyên tố được quyết định bởi sự ổn định hóa học, trong đó bao gồm bao nhiêu thành phần và do đó, số lượng electron hóa trị trên một nguyên tử (E/A) Tỷ lệ, có thể được điều chỉnh Điều chỉnhE/Ađã được chứng minh là một chiến lược hứa hẹn cho các tính chất từ ​​tính của kiến ​​trúc trong nhiều hợp chất intermetallic, đặc biệt là các cấu trúc có cấu trúc phức tạp bao gồm quasicstall (QC) và các tinh thể gần đúng liên quan đến cấu trúc của chúng (ACS) Do sự phức tạp về cấu trúc của chúng, tính chất điện tử của chúng rất nhạy cảm với số lượng electron hóa trị (E/A) Các hợp chất cân bằng hóa học chỉ ổn định trong một hẹpE/APhạm vi (đây là khoảng 2,00 trong QCS), giới hạn nỗ lực để kiến ​​trúc các thuộc tính từ tính của chúng

Trong một nghiên cứu được công bố trongTạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa KỳVào ngày 27 tháng 8 năm 2025, do Giáo sư Ryuji Tamura và Trợ lý Giáo sư Farid Labib dẫn đầu từ Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo, Nhật Bản, trình bày một kỹ thuật gọi là "thay thế nguyên tố hóa học đôi" để khắc phục giới hạn này Phương pháp này liên quan đến kỹ thuật cấu trúc bằng cách thay thế một phần các nguyên tử nhất định trong vật liệu với các nguyên tử khác có kích thước nguyên tử và hóa học tương tự Điều này mở rộng miền tổng hợp thành mộtE/AKhông gian tham số và biến chúng thành các hợp chất không stoichiometric, cho phép điều chỉnh các tính chất từ ​​tính của chúng trong khi duy trì sự ổn định cấu trúc

2732_3014Giáo sư Tamura

Nhóm đã áp dụng chiến lược này cho Stoichiometric Ga₅₂pt₃₄GD₁₄, 2/1 AC với E/A là 1,98 thể hiện hành vi đóng băng giống như kính spin Bằng cách thay thế một phần gallium (GA) và bạch kim (PT) bằng vàng (AU), họ đã tổng hợp một họ mới của Đệ tp-PT-AU-GD 1/1 AC với các giá trị E/A mở rộng từ 1,60 đến 1,83

Sự thay thế đã biến đổi các tính chất từ ​​tính của vật liệu, với các AC không stoichiometric thể hiện thứ tự sắt từ tầm xa với chuyển đổi pha thứ hai và hành vi quan trọng giống như trường trung bình Những vật liệu này có nhiệt độ curie trong khoảng từ 8,7 K đến 14,9 K, tùy thuộc vào thành phần và cho thấy sự thay đổi entropy từ tính mạnh mẽ Đáng chú ý, sự thay đổi entropy từ đẳng nhiệt (ΔS_MMPhản ánh khả năng hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt của vật liệu để đáp ứng với từ trường thay đổi, khiến chúng hứa hẹn cho điện lạnh từ tính

Nhóm chỉ ra rằng phương pháp thay thế này có thể được áp dụng cho các cặp nguyên tố khác, chẳng hạn như Cu/MG, CA/PB hoặc Ag/PD, với điều kiện các nguyên tử có kích thước tương tự, electron hóa trị và tính điện hóa để duy trì độ ổn định cấu trúc tổng thể Tính linh hoạt này cũng có thể hỗ trợ phát triển các vật liệu calo từ ngoài các gia đình Quasicrystal, với nhiệt độ chuyển tiếp phù hợp Ngoài ra, phương pháp thay thế có thể được sản xuất giá cả phải chăng hơn bằng cách thay thế các kim loại quý đắt tiền bằng các lựa chọn thay thế rẻ hơn như đồng hoặc bạc

Nhiệt độ chuyển tiếp thấp được quan sát thấy trong các vật liệu này làm cho chúng ứng cử viên mạnh mẽ cho các ứng dụng làm mát nhiệt độ thấp, đặc biệt là làm lạnh khử từ (ADR) và các chất tái tạo từ tính hoạt động Ngoài ra, các vật liệu này có thể cung cấp công suất entropy thể tích nâng cao thông qua các chuyển đổi pha từ Nhìn chung, các vật liệu được tổng hợp thông qua phương pháp thay thế trong công việc này cung cấp hiệu suất từ ​​nâng cao trong phạm vi nhiệt độ 8-15 K, ủng hộ việc sử dụng trong các hệ thống gây lạnh thực tế

Nghiên cứu này cũng sở hữu các ứng dụng trong lĩnh vực điện toán lượng tử đòi hỏi các giải pháp làm mát không có helium và các công nghệ nhiệt độ cực thấp để làm việc hiệu quả Các ACS GA-PT-AU-GD 1/1 mới được tổng hợp có thể được thuê làm chất tái sinh công suất cao không có helium hoặc các chất làm mát hoạt động trong ADR

Nhìn rộng hơn, nghiên cứu đưa ra một cách tiếp cận tổng quát để khắc phục các giới hạn cân bằng hóa học trong các hợp chất intermetallic, mở ra các khả năng mới trong thiết kế vật liệu có thể điều chỉnh từ tính

"Những phát hiện này cho thấy tiềm năng của sự thay thế nguyên tố dị hóa kép để điều chỉnh các tính chất từ ​​tính và phản ứng calo từ tính trong các hợp chất cân bằng hóa học, trong đó hợp chất có thể được làm nóng và làm mát khi tiếp xúc và loại bỏ từ trườngKết luận Giáo sư Tamura

Tiêu đề hình ảnh:Hiệu ứng calo từ tăng cường trong các gần đúng quasicstall quaE/Ađiều chỉnh
Chú thích hình ảnh:6712_6793₅₂pt₃₄GD₁₄Tinh thể gần đúng (AC), các nhà nghiên cứu đã giới thiệu một gia đình mới của Đệ tứ không stoichiometric GA-PT-AU-AU-GD 1/1 AC thể hiện thứ tự sắt từ và phản ứng từ tính mạnh mẽ Chiến lược này khắc phục các ràng buộc thành phần được áp đặt bởi cân bằng hóa học, mở ra các con đường mới để thiết kế các vật liệu calo từ tính hiệu suất cao
Tín dụng hình ảnh:Giáo sư Ryuji Tamura từ Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo, Nhật Bản
Liên kết hình ảnh: https: //doiorg/101021/jacs5c05947
Loại giấy phép:cc-by 40
Hạn chế sử dụng:tín dụng phải được trao cho người tạo

Tiêu đề hình ảnh:8092_8198
Chú thích hình ảnh:
Tín dụng hình ảnh:Prof Ryuji Tamura từ Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo, Nhật Bản
Liên kết hình ảnh: https: //doiorg/101021/jacs5c05947
Loại giấy phép:cc-by 40
Hạn chế sử dụng:tín dụng phải được trao cho người tạo

Tiêu đề hình ảnh:Mở rộng khả năng cá ngừ từ tính xấp xỉ và quasicstalls cho các ứng dụng từ tính
Chú thích hình ảnh:Các nhà tỷ lệ kèo góc nhà cái học giải quyết các ràng buộc tổng hợp được áp đặt bởi giới hạn cân bằng hóa học của các hợp chất intermetallic bằng cách điều chỉnh tỷ lệ electron hóa trị trên mỗi nguyên tử của chúng và thiết kế một họ các hợp chất mới có phản ứng từ tính mạnh
Tín dụng hình ảnh:Giáo sư Ryuji Tamura từ Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo, Nhật Bản
Loại giấy phép:Nội dung gốc
Hạn chế sử dụng:Không thể được sử dụng lại mà không được phép

Về Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo

tỷ lệ kèo góc nhà cái góc nhà cái Đại học Khoa(TUS) là một trường đại học nổi tiếng và được kính trọng, và là trường đại học nghiên cứu tư nhân chuyên tỷ lệ kèo góc nhà cái tỷ lệ kèo góc nhà cái học lớn nhất ở Nhật Bản, với bốn cơ sở ở trung tâm Tokyo và vùng ngoại ô của nó và ở Hokkaido Được thành lập vào năm 1881, trường đại học đã liên tục đóng góp cho sự phát triển của Nhật Bản trong tỷ lệ kèo góc nhà cái học thông qua việc khắc sâu tình yêu đối với tỷ lệ kèo góc nhà cái học trong các nhà nghiên cứu, kỹ thuật viên và nhà giáo dục

Với sứ mệnh "tạo ra tỷ lệ kèo góc nhà cái học và công nghệ cho sự phát triển hài hòa của thiên nhiên, con người và xã hội", TUS đã thực hiện một loạt các nghiên cứu từ tỷ lệ kèo góc nhà cái học cơ bản đến ứng dụng TUS đã chấp nhận một cách tiếp cận đa ngành để nghiên cứu và thực hiện nghiên cứu chuyên sâu trong một số lĩnh vực quan trọng nhất hiện nay TUS là một công đức nơi tốt nhất trong tỷ lệ kèo góc nhà cái học được công nhận và chăm sóc Đây là trường đại học tư duy nhất ở Nhật Bản đã sản xuất một người chiến thắng giải thưởng Nobel và là trường đại học tư duy nhất ở châu Á sản xuất những người chiến thắng giải thưởng Nobel trong lĩnh vực tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tự nhiên