تنخفض درجة حرارة الغرفة بضع درجات بينما يعمل الثلاجة بدون أي ضاغط متحرك. في الداخل ليس فريونًا، بل قطعة معدنية تُمغنط وتُزيل مغنطتها بالتناوب. هذا هو مبدأ التبريد المغناطيسي: عند تطبيق مجال مغناطيسي ترتفع حرارة المادة، وعند إزالته تبرد. تتكرر الدورة آلاف المرات، وتنتقل الحرارة خارج الحجرة. الفكرة ليست جديدة، لكنها حتى الآن تصطدم بتكلفة المادة العاملة. الغادولينيوم، المادة المرجعية، يكلف حوالي 300 دولار للكيلوغرام. إنه مثل الألماس بين المعادن.
مؤلفو الدراسة الجديدة قرروا الاستغناء عن "ألماس" العناصر الأرضية النادرة. أخذوا ثلاثة معادن عادية جدًا — الحديد والنيكل والمنغنيز — وصبّوا سبيكة Fe47.5Ni37.5Mn15. درجة حرارة كوري (النقطة التي تفقد عندها المادة مغنطتها) كانت حوالي 300 كلفن، أي درجة حرارة الغرفة تمامًا. القدرة التبريدية النسبية (كمية الحرارة التي يمكن للمادة نقلها في الدورة الواحدة) بلغت 297.68 جول/كغ في مجال 5 تسلا. هذا أقل من الغادولينيوم (410 جول/كغ)، لكن السعر يقلب الصورة: السبيكة كلها تكلف حوالي 8.4 دولار للكيلوغرام. الكفاءة لكل دولار أعلى بـ 25.8 مرة.
يبدو أنه يمكن المضي قدمًا وصنع جسيمات نانوية من نفس التركيب — فظاهرة فوق المغناطيسية (superparamagnetism) (سلوك الجسيمات المغناطيسية الصغيرة جدًا) يجب أن تعزز التأثير. لكن هنا كانت المفاجأة بانتظار الباحثين. حُضّرت الجسيمات النانوية بالاستئصال بالليزر النبضي في الإيثانول. عند التسخين بالليزر حتى 4000 كلفن، تحلل الإيثانول وتسلل الكربون إلى الجسيمات — حتى 23.2٪ ذري، وهو قريب من حد الذوبان في الشبكة البلورية. ونتيجة لذلك، قفزت درجة حرارة كوري إلى 477 كلفن — بعيدًا جدًا عن درجة حرارة الغرفة. لم يعد بإمكان هذه المادة التبريد في الظروف العادية.
قصة الجسيمات النانوية ليست فشلًا، بل درس قيّم. إنها تُظهر كيف يمكن للشوائب من المذيب أن تغير الاستجابة المغناطيسية تمامًا. لكل من يصنع جسيمات نانوية بالاستئصال بالليزر في سوائل عضوية، هذه إشارة: افحصوا التركيب على المستوى الذري. التصوير المقطعي بالمسبار الذري (مجهر بدقة ذرة واحدة) أتاح رؤية الكربون داخل الجسيمات. الآن من الواضح أن العودة إلى درجة حرارة الغرفة تتطلب مذيبًا مختلفًا — مثل الماء أو النيتروجين السائل. أو معالجة لاحقة لإزالة الكربون.
السبيكة الضخمة يمكن اعتبارها الآن بديلًا اقتصاديًا للغادولينيوم في النماذج الأولية للثلاجات المغناطيسية. التبريد المغناطيسي يعد بأن يكون أكثر هدوءًا وأكثر صداقة للبيئة من التبريد بالضاغط — بدون غازات ضارة أو اهتزازات. الطريق إليه يمر عبر سبائك رخيصة من المعادن الانتقالية. وهذا الطريق يبدأ بقطعة بسيطة من الحديد والنيكل والمنغنيز — معادن استخدمتها البشرية منذ مئات السنين. لم تكن هناك حاجة للألماس.
الغادولينيوم، المادة المغناطيسية الحرارية المرجعية، يكلف حوالي 300 دولار للكيلوغرام، بينما سبيكة Fe47.5Ni37.5Mn15 كلها تكلف حوالي 8.4 دولار للكيلوغرام، أي أرخص بـ35.7 مرة.