Температура в комнате падает на несколько градусов, пока холодильник работает без единого движущегося компрессора. Внутри — не фреон, а кусок металла, который то намагничивают, то размагничивают. Это принцип магнитного охлаждения: при наложении магнитного поля материал нагревается, а при снятии — остывает. Цикл повторяют тысячи раз, и тепло уходит из камеры. Идея не нова, но до сих пор упирается в цену рабочего тела. Гадолиний — эталонный материал — стоит около 300 долларов за килограмм. Как бриллиант среди металлов.

Авторы новой работы решили обойтись без редкоземельных «бриллиантов». Они взяли три самых обычных металла — железо, никель и марганец — и отлили сплав Fe47.5Ni37.5Mn15. Температура Кюри (точка, где материал теряет намагниченность) оказалась около 300 K — в точности комнатная. Относительная охлаждающая способность (сколько тепла материал может перенести за цикл) составила 297.68 Дж/кг в поле 5 Тл. Это меньше, чем у гадолиния (410 Дж/кг), но цена переворачивает картину: весь сплав обходится примерно в 8.4 доллара за килограмм. Эффективность на доллар — в 25.8 раза выше.

Казалось бы, можно пойти дальше и сделать наночастицы того же состава — суперпарамагнетизм (поведение очень малых магнитных частиц) должен усилить эффект. Но здесь исследователей ждал сюрприз. Наночастицы получили импульсной лазерной абляцией в этаноле. При лазерном нагреве до 4000 K этанол разложился, и в частицы проник углерод — до 23.2 ат.%, почти предел растворимости в кристаллической решётке. В результате температура Кюри улетела к 477 K — далеко за пределы комнатной. Охлаждать такой материал при обычных условиях уже не может.

История с наночастицами — не провал, а ценный урок. Она показывает, как примеси из растворителя могут полностью изменить магнитный отклик. Для всех, кто синтезирует наночастицы лазерной абляцией в органических жидкостях, это сигнал: проверяйте состав на атомном уровне. Атомно-зондовая томография (микроскопия с разрешением в один атом) позволила увидеть углерод внутри частиц. Теперь ясно, что для возврата к комнатной температуре нужен другой растворитель — например, вода или жидкий азот. Либо пост-обработка для удаления углерода.

Объёмный сплав уже сейчас может рассматриваться как экономичная альтернатива гадолинию в прототипах магнитных холодильников. Магнитное охлаждение обещает быть тише и экологичнее компрессорного — без вредных газов и вибраций. Путь к нему лежит через дешёвые сплавы переходных металлов. И этот путь начинается с простого куска железа, никеля и марганца — материалов, которые человечество использует уже сотни лет. Бриллианты не понадобились.