最近大陸科學家發現了一種無需液氦的制冷物質，利用絕熱去磁法達到了零下273.056℃極低溫。
與幾乎無上限的熱量不同，絕對零度的極限溫度數值是零下 273.15 度，不過這隻是科學家利用儀器計算出的一個理論數字。在超導研究和應用中我們需要達到超低溫（一般指-150℃~-273℃）的狀态。而極低溫則更低一些需要接近絕對零度（-273.15℃），一般用毫卡爾文（mK）為機關。
研究物質在極低溫情況下的各種奇特實體性質是基礎實體研究的一個重要方向。這與大科學裝置、凝聚态實體、深空探測、材料科學、粒子實體、天文探測、量子計算等國家安全和戰略高技術領域息息相關。
目前達到低溫的手段主要有吸附制冷、絕熱去磁制冷和稀釋制冷。
01
稀釋制冷機和稀缺的氦
稀釋制冷技術是目前最流行的制冷方法。氦-3和氦-4是氦的兩種穩定同位素，當溫度高于0.87K時，兩種溶液能夠以任意比例互溶。而當溫度低于0.86K時，混合液會分離成兩種相，其中含氦-3多的相稱為濃縮相，而含氦-3少的相稱為稀釋相。當從稀釋相中不斷抽走氦-3時，為了保持平衡，濃縮相的氦-3會跑到稀釋相中并吸熱讓整個系統溫度降低，這可以維持1.8mK的極低溫。在超導量子計算機中螺旋管道那部分就是維持低溫的稀釋制冷機。
氦稀釋制冷機示意圖。循環媒體是氦-3（淺灰色），氦-4（深灰色）不循環
可惜氦氣對大陸來說是一種卡脖子資源。氦氣在空氣中含量極低，自然界中的氦氣通常由鈾礦等放射性元素衰變産生，并富集在伴生的天然氣礦藏中。這種與鈾礦伴生的天然氣礦在中國非常稀少，大陸氦氣95%靠進口。
量子計算是目前世界各國科技競争的主戰場，稀釋制冷機為量子計算機的正常運作提供必要的極低溫環境，是量子計算研究中不可替代的關鍵裝置。目前大陸此類儀器完全依賴進口，且2023年初這類儀器已無法進口，是亟待攻破的核心技術。是以發展不用氦的極低溫制冷技術是大陸科研領域亟待攻克的關鍵核心技術之一。而研制國産無液氦稀釋制冷機或研制絕熱去磁制冷機都是可行的技術路線。
稀釋制冷機為量子計算機提供極低溫，最下層溫度約10mK
02
絕熱去磁制冷技術
在極低的溫度下（<1K），一切氣體包括氦都已轉化為液體或固體，僅依靠氣體膨脹制冷難以達到更低的溫度。20世紀初P.Langevin在順磁材料中觀察到了勵磁放熱與退磁吸熱的磁熱效應，随後P.Debye和W.F.Giauque開展了基于順磁鹽中磁無序到有序轉變過程擷取低溫研究，并利用Gd2(SO4)3.8H2O順磁鹽獲得了250 mK最低溫度，并獲得1949年諾貝爾化學獎。
熵是系統無序度的量度，無序度愈大熵就愈高，溫度降低和磁化都會使系統的熵降低。順磁性物質在磁場中能夠産生與原磁場相同方向的附加磁場，這叫勵磁過程。而退磁過程中順磁性鹽中自旋系統的熵需要增加，但整個系統由于絕熱總熵不變，熵隻能從晶格系統流入自旋系統。由于晶格系統的熵通常非常小，是以需要大幅降溫才能讓自旋系統維持熵基本不變。這就是磁卡效應（magnetocaloriceffect）。
磁制冷是基于磁性材料在勵磁狀态時釋放熱量、退磁狀态時吸收熱量的磁熱效應發展而來的固态制冷技術，其本質是磁性材料内部磁矩有序度的變化。擁有該效應的材料被稱為磁熱材料，又稱為磁制冷材料。
磁制冷是一種固态制冷技術，具有作用溫區廣泛、本征制冷效率高、材料資源廣泛的優點，是低溫與制冷領域中最具潛力制冷技術之一。近年來，大量不同溫區磁熱材料被發現與合成，磁制冷逐漸發展成可覆寫全溫區的制冷與低溫技術。尤其在極低溫領域，極低溫磁制冷（又稱為絕熱去磁制冷）不受重力影響、不依賴稀缺工質氦-3等突出優點，逐漸成為空間探測、量子計算等前沿科學的熱點低溫技術。
磁制冷材料制冷原理
| 名稱 | 技術特點 | 典型研究機構 |
| 極低溫磁制冷（≤1 K） | 利用順磁鹽水合物等磁性材料，建構磁制冷卡諾循環，利用磁熱子產品中熱總線等結構強化傳熱，擷取冷量 | 中科院理化所、北京理工大學、清華大學、中科院贛江院、美國航天局、歐洲航天局等 |
| 低溫磁制冷（4~20 K） | 利用RFeSi（R為稀土）基為代表的磁性材料，建構主動磁制冷或者複合制冷循環，傳熱媒體通常為氦氣等 | 中科院理化所、北京理工大學、中科院實體所、中科院贛江院、日本國立材料研究所、美國太平洋西北實驗室等 |
| 室溫磁制冷 | 利用Gd基、laFeSi基等磁性材料，建構主動磁制冷循環，傳熱媒體通常為水等媒體 | 中科院理化所、標頭稀土研究院、中科院實體所、丹麥技術大學、加拿大維多利亞大學等 |
不同溫區磁制冷技術特點及典型研究機構
磁制冷系統
03
新型超固态物質用于制冷
超固态是一種在接近絕對零度時出現的新奇量子物态，這時物質中的原子一方面呈現規則的排列，同時還可以在其間“無粘滞”地流動，兼具固體和超流體這兩種看似沖突的特征。超固态自20世紀70年代作為理論猜測提出以來，各國科學家尚未在固态物質中找到超固态存在的可靠實驗證據。
最近，中國科學院蘇剛團隊和北京航空航天大學的聯合研究團隊通過多年研究，在一種钴基阻挫三角晶格材料——磷酸鈉鋇钴鹽（Na2BaCo(PO4)2）的量子磁性材料中，首次發現了名為“自旋超固态”的新奇物質狀态，得到了其存在的實驗證據。随後科研人員觀察到這種磁性材料在退磁冷卻過程中，出現了與自旋超固體相關的巨大磁熱效應，這項發現讓這種新材料有了作為高效磁制冷材料優秀潛質。
钴基阻挫三角晶格新材料
在随後的研究中，科研人員克服了極低溫下漏熱與溫度測量等諸多技術難題，研發了新型低溫測量器件，利用該材料通過準絕熱去磁過程獲得了94mK，也就是零下273.056攝氏度的極低溫，實作了無液氦極低溫制冷，并為這種新發現的效應命名為“自旋超固态巨磁卡效應”。
由于自旋超固态材料擁有巨大的磁卡效應，利用這種效應研發新型磁制冷機，将為深空探測或量子計算提供極低溫環境和足夠的冷量。也可以解決大陸缺氦缺高端稀釋制冷機的問題。
新型低溫測量器件，粉紅色晶體就是目标材料