极低温环境是量子计算、精密测量及大科学装置前沿研究必不可少的“工作环境”。当前，利用氦-3的稀释制冷是目前提供量子科技所需极低温、大冷量制冷的主要技术。然而，该技术依赖的核心制冷工质——氦-3属于全球稀缺资源，目前我国尚未实现自主供应，这已成为制约量子科技等相关前沿领域发展的关键因素之一。而以绝热去磁为代表的无氦-3固态制冷技术，则长期受困于“有冷量、导不出”的难题——其核心材料往往导热不佳，就像一个内里冰凉却无法快速导热的“木块”，导致制冷功率不足。而理想材料应像金属，能迅速将冷量传递出去，这正是亟待突破的难点所在。
针对这一难题，科研团队设计合成了一种新型的合金材料。在实验中，该材料展现出一种被称为“金属自旋超固态”的神奇状态。它完美融合了两种看似矛盾的特性：它像一块超强的“吸热海绵”，利用磁卡效应可以将温度降低至106毫开尔文（即零下273.044摄氏度），这是目前金属磁制冷材料在无氦-3环境下能达到的最低温度记录；它又像一条“导热高速公路”，其热导率比传统磁制冷材料高出50到100倍。这意味着，该材料不仅能“制冷”，还能“瞬时带走热量”。
图1 金属自旋超固态：局域磁矩与传导电子协同实现高效磁制冷
该项研究成果标志着自旋超固态体系从基础研究，正式迈入了器件探索的新阶段，并开辟了金属制冷材料新体系与新方向。利用这一新材料，科研人员有望打造出量子科技时代的“超级冰箱”，为解决量子科技等领域依赖氦-3、固态制冷功率不足的难题提供了极具潜力的“中国方案”。
图2 中子衍射证实：中子衍射证实：金属自旋超固态的固态-超流序共存
在研究过程中，来自多个研究单位的理论和实验团队通力合作，集智攻关，依托稳态强磁场实验装置（合肥）、综合极端条件实验装置（怀柔）、上海光源以及英国散裂中子源、日本物质·生命科学实验设施等国内外大科学装置，通过基础研究源头创新驱动极低温制冷的颠覆性新技术发展。研究成果于2026年2月11日以“Giant magnetocaloric effect and spin supersolid in a metallic dipolar magnet”为标题发表在国际期刊Nature [1]，并已获中国发明专利授权[7]。Nature审稿人高度评价本工作中发现的自旋超固态合金“同时具备适用于100毫开尔文温区的绝热去磁制冷能力与优异的电导（及热导）性能，这一特性组合是独一无二的”；“除了实际应用潜力，该材料还被提出可作为自旋超固态的候选体系，为基础物理研究与技术应用领域均带来了引人注目的启示。”上海交大物理与天文学院马杰教授，中国科学院合肥物质院屈哲研究员、许锡童研究员，理论物理所李伟研究员等是论文的共同通讯作者；合肥物质院/上海交大/中国计量大学舒明方，合肥物质院许锡童、何苗，理论物理所西宁，物理所项俊森是论文的共同第一作者。论文合作者还包括中国科学院理论物理所苏刚研究员、合肥物质院杜海峰研究员、北京大学贾爽教授、物理所钱天研究员、兰州大学陈曦教授、浙江大学汪臻涛研究员、安徽大学宋东升教授、孙学峰教授、上海交大钟瑞丹副教授等。工作得到了国家重点研发计划大科学装置重点专项及物态调控专项、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项、青年团队、依托重大科技基础设施的建制化平台项目、国家自然科学基金、安徽省重大科技专项、安徽省基金等项目的支持。
文章链接（点击『阅读原文』查看）
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10144-z
