DyCoAl金属间化合物的磁热效应与临界现象研究：高冷却效能与临界指数的自洽性验证

本研究针对稀土-过渡金属化合物DyCoAl的磁热性能(MCE)与临界现象展开系统分析，通过修正Arrot图、Kouvel-Fisher法等技术手段，首次获得α～0.81、β～0.20等关键临界指数，证实其符合三临界平均场模型。该材料在90 kOe场变下展现出1319 J/kg的超高相对冷却功率(RCP)和6.7 K的绝热温变(ΔTad)，机械效率显著优于同类低温制冷材料，为磁制冷技术提供了新型候选材料。

　　

在能源危机与环境问题日益严峻的背景下，磁制冷技术因其零温室气体排放、高能效等优势成为研究热点。然而，现有磁制冷材料普遍存在工作温区窄、机械效率低等瓶颈问题。稀土-过渡金属化合物因其独特的4f-3d电子耦合作用，在低温磁制冷领域展现出巨大潜力，但对其相变临界行为和能量转换效率的系统研究仍属空白。

针对这一科学问题，来自SNBNCBS（斯瓦米·维韦卡南达超导与磁性材料研究中心）的研究团队以MgZn₂型结构的DyCoAl化合物为研究对象，通过综合磁热测量与临界分析，揭示了该材料在铁磁-顺磁转变温度(~37 K)附近的奇异物理行为。相关成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》，为开发高效低温磁制冷器件提供了理论依据和材料基础。

研究采用多技术联用策略：通过电弧熔炼法制备多晶样品，利用X射线衍射(Rietveld精修)确认其P6₃/mmc空间群结构；采用超导量子干涉仪(SQUID)测量直流磁化率(χ)与等温磁化曲线；结合修正Arrot图(MAP)、Kouvel-Fisher法及临界等温线分析获取临界参数；通过热容测量验证相变特征。

实验结果

1. 结构表征：Rietveld精修证实DyCoAl为单相MgZn₂型结构，晶格参数a=5.31 ?，c=8.69 ?。
2. 磁相变分析：ZFC-FC曲线在T_C≈39 K处出现分叉，临界指数β=0.203(±0.008)表明短程磁有序特征。
3. 磁热性能：在ΔH=90 kOe时获得峰值磁熵变ΔS_M^max=21.5 J/kg-K，RCP值达1319 J/kg，显著高于同类Gd基材料。
4. 临界行为：α=0.813与γ=0.771的组合满足Widom标度律δ=1+γ/β≈4.75，证实三临界平均场理论的适用性。

讨论与意义
该研究首次建立了DyCoAl临界指数与磁热性能的定量关联：较大的α值反映比热容在T_C处的显著变化，而适中的β值表明其磁有序过程兼具长程与短程相互作用特征。材料展现的优异机械效率(η_mech≈0.78)源于Co-3d电子与Dy-4f电子的强交换作用，这种独特的电子结构使其在液氢温度区(20-50 K)制冷应用中具有显著优势。

研究不仅为理解RTX型化合物的相变机制提供了新视角，更通过实验验证了"高RCP材料未必需要一级相变"的创新观点。DyCoAl展现的宽温区、高能效特性，使其在空间低温制冷、量子计算冷却系统等领域具有明确的应用前景。后续研究可进一步通过Co位元素替代调控交换作用强度，优化其制冷温区与滞后损耗的平衡。