长期以来，追求能够达到超低温的制冷技术一直是基础科学和应用科学领域（包括量子计算、凝聚态物理和天文学）的关键目标。传统实现此类超低温的冷却方法完全依赖于氦-3（³He）——这是一种需求日益增加且供应不稳定的稀有同位素。作为一种利用磁热效应的冷却技术，绝热去磁制冷（ADR）提供了一条无需³He即可达到毫开尔文温度的途径。其对重力不敏感的特性进一步提升了其在空间应用中的价值。在NASA的推动下，ADR已从单次操作方法发展为连续系统，成为一种能够以高效率和可靠性实现超低温的有前景技术——可与³He-⁴He稀释制冷机相媲美。
尽管ADR系统成熟、紧凑且易于操作，但其性能仍高度依赖于磁制冷剂的性能。目前，超低温ADR仍依赖于含水顺磁盐，这些盐易脱水且磁熵变（−ΔSm）值有限。这些缺陷使盐丸的设计和制造变得复杂，并限制了整体冷却能力。尽管人们已努力开发稳定、无水的ADR制冷剂（如Na₂BaCo(PO₄)₂、(10) KBaYb(BO₃)₂和AYbP₂O₇（A = Na或K）），但其−ΔSm值仍与传统盐相当，无法满足对高容量冷却日益增长的需求。因此，开发一种同时具有大−ΔSm值和低磁有序温度（T₀）的磁制冷剂仍是主要挑战，阻碍了ADR技术的进一步发展。这一挑战主要源于磁制冷剂设计中大−ΔSm值与低T₀之间的固有矛盾。换句话说，大−ΔSm要求材料同时具有高磁密度和弱磁交换相互作用。然而，保持高磁密度通常会增强磁偶极相互作用和交换相互作用。前者会提高T₀，而后者不仅会升高T₀，还会降低−ΔSm值。
阻挫磁体（Frustrated magnets）能够抑制长程磁有序，使顺磁行为持续到比传统体系显著更低的温度，因此被认为是降低T₀的有前景策略。为实现有效抑制磁有序，研究人员已将抗磁组分引入阻挫磁体中，以削弱通常由金属-氧-金属桥介导的强磁交换相互作用。尽管这种方法成功降低了T₀，但不可避免地稀释了磁晶格并降低了−ΔSm值，如上述材料所示。在作者之前的研究中，证明了通过氟桥连接的相邻镧系离子在具有适当Ln–F–Ln角度时，本身就表现出弱交换相互作用。此外，通过理论和实验均证明，在磁交换相互作用较弱的体系中，磁偶极相互作用在决定T₀方面起关键作用——具体而言，磁偶极相互作用越小，T₀越低。因此，如果此类具有高磁密度的氟桥镧系化合物还表现出磁阻挫，则有望同时实现大−ΔSm值和低T₀。
KYb₃F₁₀（1）是一种阻挫磁体，表现出弱反铁磁交换相互作用，且磁离子密度高达16.1 × 10²¹ cm⁻³。这些特性，加上镱离子具有弱磁偶极相互作用的事实，使1成为超低温磁制冷的有前景候选材料。令人惊讶的是，其磁制冷性能至今尚未被研究。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c10483