Открыт атакамит — необычный минерал, который холодеет в магнитном поле
В чилийской пустыне Атакама обнаружен уникальный минерал атакамит, обладающий необычным свойством — он резко охлаждается при воздействии сильного магнитного поля. Такое поведение поражает ученых и открывает перспективы для развития экологически чистых методов охлаждения.
В чем секрет атакамита?
Группа исследователей из Технического университета Брауншвейга совместно с учеными Центра Гельмгольца в Дрезден-Россендорфе подробно изучила структуру минерала. Ключевой особенностью оказалась оригинальная укладка ионов меди в кристалле: они формируют цепочки с «зубчатой» геометрией, создавая так называемую магнитную фрустрацию. В этом состоянии магнитные моменты атомов не могут упорядочиться, будто три человека стараются садиться за круглый стол, но каждый хочет сесть напротив двух других — идеально согласовать невозможно.
Когда атакамит помещают в сверхсильное магнитное поле, хрупкий магнитный порядок разрушается, и температура минерала при этом снижается почти вдвое. Такой эффект нехарактерен для обычных магнитных материалов, которые чаще нагреваются под воздействием поля.
Почему это открытие важно?
Современные холодильники работают на основе компрессии и расширения газа — процесс энергоёмкий и вредный для экологии из-за использования хладагентов. Магнитное охлаждение способно стать экологичной альтернативой, но проблема в том, что подходящих материалов с выраженным магнитокалорическим эффектом очень мало.
Атакамит вряд ли сам станет массовой основой для холодильников из-за сложности добычи и необходимости низких температур, но понимание механизма его работы открывает путь к созданию новых синтетических материалов с «фрустрированными» магнитными цепочками, способных функционировать при комнатной температуре.
Это может привести к революции в энергетике и охлаждении, позволяя создавать:
безопасные и экологически чистые холодильные системы без токсичных веществ,
более эффективные технологии сжижения водорода для топливных элементов с экономией энергии.
Перспективы и ограничения
Изучение атакамита происходило в экстремальных условиях — при температурах ниже −264°C и сильных импульсных полях, что пока ограничивает практическое применение открытия. Тем не менее фундаментальное понимание магнитной фрустрации и её роли в охлаждении критично для дальнейших разработок.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters — признанном издании в области физики.
Заключение
Атакамит — удивительный природный пример материала с магнитным охлаждающим эффектом, который не только поставил в тупик учёных, но и подсказал, как создавать новую экологичную технику. В будущем синтетические аналоги на его основе могут кардинально изменить холодильную и энергетическую отрасли, сделав их чище и эффективнее, сообщает innovanews.