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Frustrated magnet for adiabatic demagnetization cooling to milli-Kelvin temperatures

フラストレートした磁性体によるミリケルビン温度への断熱消磁冷却KBaYb(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$

常盤 欣文  ; Bachus, S.*; Kavita, K.*; Jesche, A.*; Tsirlin, A. A.*; Gegenwart, P.*

Tokiwa, Yoshifumi; Bachus, S.*; Kavita, K.*; Jesche, A.*; Tsirlin, A. A.*; Gegenwart, P.*

ヘリウム3の供給が不安定なため、ミリケルビン温度まで冷却するための断熱消磁冷凍(ADR)が大きな注目を集めている。ADR用の従来の冷媒である常磁性塩には水分子が含まれているため、空気中での安定性が失われる。したがって、取り扱いには特別な注意が必要である。ここでは、H$$_{2}$$Oフリーのフラストレーション磁石KBaYb(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$がADRの理想的な冷媒であり、少なくとも22mKを達成できることを示す。KBaYb(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$は、高温や超高真空などの過酷な条件下では劣化しない。さらに、その磁気フラストレーションは、従来の冷媒の限界である磁気相互作用のエネルギースケールよりも数倍低い温度への冷凍を可能にする。

Due to the supply insecurity of Helium-3, adiabatic demagnetization refrigeration (ADR) for cooling to milli-Kelvin temperatures has been attracting much attention. Conventional refrigerants for ADR, paramagnetic salts, contain water molecule, which causes lack of stability in the air. Therefore, special care has to be taken for the handling. Here, we show that an H$$_{2}$$O-free frustrated magnet KBaYb(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$ can be ideal refrigerant for ADR, achieving at least 22mK. KBaYb(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$ does not degrade under severe conditions like high temperatures and ultra-high vacuum. Further, its magnetic frustration enables refrigeration to temperatures several times lower than the energy scale of magnetic interactions, which is the limit for conventional refrigerants.

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