# Fileset

[トピックス＿寺田.docx](https://mdr.nims.go.jp/filesets/d561ac02-9ff5-4000-b08f-6b8ae0fbc730/download)

## Creator

[寺田 典樹](https://orcid.org/0000-0002-8676-5586)

## Rights

[In Copyright](http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/)

## Other metadata

[レアアースも液体ヘリウムも不要！ ありふれた元素からなる極低温冷却材料を開発](https://mdr.nims.go.jp/datasets/873c246a-529a-4b22-8751-50af93fc1d05)

## Fulltext

レアアースも液体ヘリウムも不要！ ありふれた元素からなる極低温冷却材料を開発極低温冷却技術（4 K以下）はMRIや物性研究，宇宙工学，量子コンピューターなど幅広い分野で不可欠であるが，従来の液体ヘリウムによる冷却は，ヘリウムの供給不安や価格高騰が懸念されている．こうした中，液体ヘリウム不要のGifford–McMahon（GM）冷凍機が超伝導磁石冷却に採用されている，GM冷凍機に用いる蓄冷材にはレアース元素であるホルミウムを含むHoCu₂が用いられている．本研究では，レアアースを使わない蓄冷材の開発を目指し，遷移金属磁性体をターゲットとした．遷移金属化合物では一般的に交換相互作用が数100 Kと大きいため，蓄冷材応用として必要な極低温度での大きな比熱が期待できない．一方，正三角格子上で反強磁性相互作用を受けるスピンがどの向きにも定まらないフラストレーションにより，交換相互作用が数100 K程度であっても，磁気相転移温度を10 K付近まで大幅に低下するという効果を利用した．モデル材料CuFeO₂は，この効果で相転移温度が約10 Kとなり， Feサイトの2 %をAlで置換したCuFe0.98Al0.02O₂（CFAO）では極低温での比熱が一層増大した．実際にGM冷凍機にCFAOを充填して評価したところ，3.5 K以下までの冷却に成功した．この成果により，銅・鉄・アルミニウムなど豊富な資源のみで構成される，液体ヘリウムやレアアースに依存しない持続可能な極低温冷却技術が実現した．（図１）今後は医療用MRIや量子コンピューター，液化水素関連のみならず，環境負荷低減を目指すさまざまな分野での応用が期待される．掲載論文　N. Terada et al., Scientific Reports. 15 44240 (2025). 図1： 1960年代のGM冷凍機では鉛が蓄冷材として用いられていたが，1990年代にはレアアース金属化合物HoCu2が導入され、冷却性能が大きく向上した．レアアースフリー蓄冷材CFAOは，これらに匹敵する冷却能力を持ちながら，豊富な元素のみで構成されるため，持続可能で環境負荷の少ない極低温冷却技術につながると期待している．〒 305-0047 茨城県つくば市千現１−２−１ 主席研究員 寺田 典樹E-mail: terada@nims.go.jp[2026 年 3 月 25 日]