通过控制磁态变化的温度来控制比热。

研究概况

说到低温，您会想到什么温度？在我的研究中，我主要寻找的是在绝对温度为 10 K 的低温（或摄氏零下 263 ℃ 或更低）下难以升温和冷却（高比热）的磁性材料。在日本，最冷的温度约为零下 20 摄氏度，可见温度相当低。当然，这不是人类可以生存的温度。这么低的温度用在哪里呢？核磁共振成像利用制冷来操作超导磁体。在太空探索领域，需要低温制冷器来提高红外线探测的灵敏度。这些冰箱使用一种被称为低温储存的高比热材料来维持低温。为了提高冷冻机的冷冻能力，有必要将冷却剂的比热提高到 10 K 以下。

研究特色

说到磁性材料，我们首先想到的是磁铁，但这个主题中的磁性材料却完全不同。这项研究的重点是确定在哪个温度下可以提高磁性材料的比热。在磁性材料的磁性状态发生变化的温度（磁相变温度）下，比热会增加，因此有必要将磁相变温度控制在 10 K 或更低。磁铁也有磁相变温度，但要高出几百摄氏度。另一方面，本主题要求的磁相变温度较低，约为-260℃。我们确定了可能在低温下具有磁性相变温度的化合物，实际制造了它们，并测量了它们的比热。然后，我们澄清了物理性质的表现原因。

在制备样品时，我们主要处理的是金属，这些金属通常需要在 1000°C 或更高的温度下熔化。制备样品的方法是在电弧熔炉中熔化金属，如图所示，电弧熔炉能产生 2000°C 以上的温度。实验室中的每个学生也会在电弧熔炉等设备中为自己的主题准备样品，并明确样品的比热。

研究的吸引力

吸引人的地方在于亲手制作材料并揭示其物理特性。在大多数情况下，制备样品是最难的部分。为了制备样品，需要改变各种条件，如原材料的用量和温度。制备完成后，我们要检查是否获得了所需的化合物，而这往往会出错，因此获得所需的化合物时，感觉非常好。如果材料制备成功，我们最后要测量它的物理性质，比如比热。在测量过程中，我非常兴奋，因为我是世界上第一个知道材料物理性质的人。如果校内没有测量设备，我有时会和学生们一起去校外的设施进行实验。和学生们一起获得有关新型磁性材料的知识也是一大乐趣。

前景

根据迄今为止的研究成果，我们将继续寻找比实际使用的材料具有更高比热的新型化合物和合金。最终，我们希望将它们应用到制冷设备中，使其能够用于太空探索和医疗制冷。为此，我们还将开展实施方面的基础研究。我们希望与企业合作，将新型磁性材料推向世界。

给想从事这项研究的人的信息

在我的研究中，我运用了学生在高中和大学所学的数学、物理和工程学知识。有些学生在研究过程中会制作分析程序，所以我希望他们能对各种事物感兴趣。另外，我认为当你真正动手尝试实验时，你就会发现它是多么困难和有趣。我想接触低温实验的机会并不多，所以我鼓励大家去尝试一下。