中科院的Li Bing等人組成的研發小組與日本核能研究機構J-PARC中心、日本大阪大學、美國加利福尼亞大學歐文分校（UCI）、上海交通大學、美國佛羅里達州立大學（FSU）、日本物質材料研究機構（NIMS）、日本高輝度光科學研究中心（JASRI）、北京高壓科學研究中心（HPSTAR）、澳大利亞核科學和技術組織（ANSTO）以及中國國家同步輻射研究中心（NSRRC）聯合研究發現，一些塑晶擁有巨大的壓力熱效應，可以作爲新一代固體冷凍劑的候選材料，同時還在原子水平上明確了其功能作用機制。
圖1：採用壓力熱效應的冷卻方式模式圖
全球目前採用的主流冷卻技術是使用氣體冷凍劑的蒸汽壓縮方式。氣體冷凍劑會導致地球變暖等，環境負荷較大，因此亟需開發一種替代手段。作爲較有希望的替代手段，採用基於熱效應的固體冷凍劑的冷卻技術最近數十年備受關注。關於固體冷凍劑，研究人員一直着眼於根據磁場和電場的變化產生熱效應的物質，但伴隨着壓力變化而產生的「壓力熱效應」是所有固體材料都具有的效應，就這一意義而言，壓力熱效應是最普遍存在的。不過，此前研究的固體材料的熱效應都不太大。
圖2：塑晶的概念圖
a：塑晶的概念圖。分子在晶活體內有序排列，但在各位置上，分子圍繞重心自由轉動。
b：NPG的晶格（低溫相）。
研發小組此次應答，名爲「塑晶」的物質擁有巨大的壓力熱效應，在相對較低的壓力下，其發熱和吸熱性能都達到以往的固體冷凍劑的10倍左右。
研發小組利用J-PARC的中介子束和SPring-8的X射線等進行解析，在原子水平上查明瞭其作用機制，即透過施加壓力，塑晶内的分子和原子由「能在晶格内自由轉動的狀態」，相變爲「固定在晶格上，僅朝着特定方向振動的狀態」，由此產生巨大的壓力熱效應。
圖3：熱效應材料的熵變
針對幾種塑晶，首先測量了壓力熵變。測量發現，塑晶顯示出高達以往的熱效應材料10倍左右的巨大熵變。
這種巨大的壓力熱效應有望用於新一代冷卻技術。此次的研究在原子水平上明確了塑晶產生巨大壓力熱效應的機制，這是一項非常重要的成果，有助於開發新的冷卻技術，比如探索能產生更大壓力熱效應的材料等。
相關論文已於2019年3月28日發表在英國科學期刊《自然》（Nature）上。（日文發佈全文）
文 JST客觀日本編輯部
