打破磁學常規！罕見礦物「綠鹽銅礦」竟能降溫 科學家驚喜發現

自然界的礦物晶體總是令人驚豔，無論是鮮豔的色彩、完美的幾何結構，還是對稱的造型，都讓人著迷。但對科學家來說，這些美麗的晶體蘊藏著更珍貴的寶藏——它們往往具有獨特的物理性質，例如反常的磁性行為。

最近，德國布倫瑞克工業大學和德勒斯登亥姆霍茲研究中心（HZDR）組成的團隊，發現了一種名為「綠鹽銅礦」（atacamite）的礦物具有特殊的磁熱效應。這種閃耀著祖母綠光澤的礦物最初在智利的阿塔卡馬沙漠被發現，其鮮豔的綠色來自於所含的銅離子。但真正讓科學家興奮的，是它在磁場作用下會產生溫度變化的特性。

研究團隊深入研究了這種奇特現象。綠鹽銅礦的特殊之處在於其銅離子的排列方式——它們形成了一種被稱為「鋸齒鏈」的三角形鏈狀結構。這種幾何排列導致了一個有趣的現象：雖然銅離子的自旋傾向於反向排列，但三角結構使得這種排列無法完全實現，科學家稱之為「磁性阻挫」。

當研究人員在HZDR的高磁場實驗室（HLD）中對綠鹽銅礦施加極強磁場時，發現了一個驚人現象：材料溫度顯著下降，幾乎降至原來的一半。這種異常強烈的冷卻效應令研究團隊大為驚訝，因為關於磁性阻挫材料在這方面的研究幾乎是空白。

歐洲磁場實驗室（EMFL）的後續研究提供了更深入的見解。HLD科學家Tommy Kotte博士解釋：「透過磁共振光譜，我們清楚地觀察到施加磁場會破壞綠鹽銅礦的磁有序狀態。這很不尋常，因為在許多磁性阻挫材料中，磁場通常會減輕阻挫效應，甚至促進磁有序。」

研究團隊透過複雜的數值模擬找到了解釋：雖然磁場確實如預期地減輕了鋸齒鏈頂端銅離子的磁性阻挫，但這些磁矩同時也負責與相鄰鏈的弱耦合。當這種耦合被破壞時，長程磁有序就無法維持。這也解釋了為何會產生特別強的磁熱效應——當磁場影響系統的磁熵時，材料必須調整溫度來補償這種快速變化。

「我們當然不預期未來會大量開採綠鹽銅礦來製造新的冷卻系統，」Kotte博士表示，「但我們發現的物理機制是全新的，觀察到的磁熱效應也異常強烈。」研究團隊希望這項發現能啟發更多研究，特別是在磁性阻挫系統中尋找創新的磁熱材料。

這項突破性研究已發表於頂尖期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters），為未來開發環保、高效能的磁冷卻技術開闢了新方向。