4K 극저온 냉동기용 희토류 비함유 재생기

자기공명영상 및 양자 컴퓨팅에 필수적인 극저온 냉각 기술은 희소한 헬륨과 중희토류 원소에 의존한다. 기술 수요 증가에 따라 이러한 의존도를 줄일 대체 물질 개발이 시급하다. 최근 희토류 없이 극저온 냉각을 가능하게 하는 CuFe1-xAlxO2 델라포사이트가 발견되었으나, 4K 근처에서의 냉각 용량은 기존 희토류 물질인 HoCu2에 미치지 못한다. 본 연구는 4K 기포드-맥마흔 극저온 냉동기용으로 완전히 새로운 비희토류 재생기 물질을 설계하고 성능을 평가했다. 4K 부근에서 큰 비열을 보이는 비희토류 좌절 자성체 MnNb2-xTaxO6를 잠재적 극저온 재생기로 탐색하고, 이를 CuFe1-xAlxO2와 결합했다. 냉각 테스트 결과, 두 구성 요소의 상호 보완적인 비열 피크를 활용함으로써 4.2K에서 결합 물질의 냉각 용량이 CuFe1-xAlxO2 단독 사용 대비 약 40% 증가했다. 수치 시뮬레이션 또한 이러한 성능 향상이 물질 자체의 고유한 기여에 의한 것임을 입증했다. 본 연구 결과는 비희토류 물질이 핵심 4.2K 영역에서 기존 HoCu2 물질 성능의 70% 이상에 도달할 수 있음을 보여준다. 이는 핵심 원소 없이도 지속 가능하고 고성능의 극저온 냉각 기술을 구현할 수 있는 실현 가능한 경로를 제시한다.