Специалисты Казанского федерального университета (КФУ) вырастили в лаборатории уникальный кристалл литиевого тетрафторида гадолиния (LiGdF₄), способный охлаждать вещества до сверхнизких температур. Как сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ, такой материал может найти применение при создании квантовых компьютеров, лазеров и космических инфракрасных телескопов.

«Кристалл представляет собой прозрачную тонкую пластинку размером 4 на 4 мм, толщиной 0,1 мм. Сами кристаллы растут до 3–4 см, а пластинка выпилена для проведения эксперимента по изучению магнитных свойств образца, где очень важна форма. Пластинка помещается между двумя прерывателями теплового потока, один из которых соединен с охлаждаемым веществом, а другой – с системой охлаждения самого кристалла. Размагничиваясь, кристалл охлаждается и подключается к охлаждаемому веществу», – рассказали в Институте физики КФУ.

Монокристалл LiGdF₄ был выращен в научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники им. Альтшулера кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Института физики КФУ. В этой лаборатории уже много лет выращивают монокристаллы литиевых тетрафторидов редкоземельных элементов.

Затем, исследовав кристалл вместе с коллегами из Института физических проблем им. Капицы РАН в рамках реализации совместного проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда физики КФУ обнаружили в нем так называемый анизотропный магнитокалорический эффект. Анизотропия – разница в исследуемых характеристиках относительно кристаллографических осей монокристалла. Если бы магнитокалорический эффект был бы во всех направлениях одинаковым, то никакое охлаждение реализовать было бы нельзя.

Измерения, проведенные в температурном диапазоне 2–10 градусов по Кельвину, показали значительную разницу охлаждающей эффективности при приложении внешнего магнитного поля вдоль оси координат «а» и вдоль оси «с» этого кристалла. Такой эффект используется для охлаждения методом так называемого адиабатического размагничивания, позволяя достигать очень низких и сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю, рассказали ученые.

Столь сильное охлаждение требуется, например, при квантовых вычислениях, также в оптических сенсорах телескопов на борту космических спутников, где требуются компактные приборы и приспособления. Именно литиевые тетрафториды редкоземельного металла гадолиния, по мнению ученых, являются перспективными материалами для квантовой электроники.