2024年1月11日，《自然》在线发表了一项关于极低温制冷的重要进展。我国研究人员在钴基三角晶格磁性晶体中首次发现量子自旋超固态存在的实验证据。他们利用该晶体材料，通过绝热去磁获得了94毫开（零下273.056摄氏度）的极低温，成功实现无液氦极低温制冷，并将该效应命名为“自旋超固态巨磁卡效应”。
超固态是物质在接近绝对零度（零下273.15摄氏度）时，呈现的一种神奇的量子态。在这种物态下，物质既有晶体态中原子规则排布的特征，又可以像超流体一样无摩擦地流动。半个世纪以来，除了通过冷原子气模拟超固态可能存在的证据外，在固体中人们仍未找到超固态存在的确凿证据，而寻找这种奇特量子物态也成为人们的长期研究目标。
这项研究始于2021年，基于前期的理论研究，论文共同通讯作者、中国科学院大学教授苏刚和论文共同通讯作者、中国科学院理论物理研究所研究员李伟，向中国科学院物理研究所博士后项俊森和研究员孙培杰提出研究钴基阻挫三角晶格材料——磷酸钠钡钴盐低温物性的建议。
项俊森等人克服极低温下的漏热控制与温度测量等诸多技术难题，反复测试、技术迭代，研发了新型低温测量器件，最终成功观察到自旋超固态的磁卡效应。
同时，北京航空航天大学副教授金文涛课题组提供了高质量单晶并开展了低温中子衍射实验。由于材料中的钴离子磁矩较小，且需要在100毫开以下低温条件下进行测量，实验非常困难。经过多次尝试，他们最终获得了自旋超固态量子相变的微观证据。
《自然》审稿人对这项研究给予了高度评价。他们认为，该成果“报道了超低温下对一种复杂化合物的高质量实验”“理论与实验的符合极好地支持了该工作的核心结论”“漂亮的工作展示了自旋超固态的熵效应有多大，会引发广泛的研究兴趣”。
这一新物态与新效应的发现是基础研究的一项重大突破，为我国在深空探测、量子科技、物质科学等尖端领域研究的极低温制冷“卡脖子”难题提供了一种新的解决方案。■
