在多體物理研究中，量子漲落驅(qū)動的連續(xù)相變及其量子臨界點(diǎn)（QCP）是備受關(guān)注的主題。盡管QCP是零溫下的奇異點(diǎn)，但其影響卻可支配系統(tǒng)在有限溫度范圍內(nèi)的行為。近期，中國科學(xué)院理論物理所研究團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的熱態(tài)張量網(wǎng)絡(luò)方法研究量子Ising模型發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橫場與縱場共同作用時，QCP上方會展開一個“量子超臨界區(qū)”，并伴隨強(qiáng)烈發(fā)散的超臨界磁卡效應(yīng)。該研究提供了量子相變普適增強(qiáng)制冷機(jī)制，為發(fā)展無氦-3極低溫固態(tài)制冷開辟了多場調(diào)控新路徑。

　　量子臨界點(diǎn)作為零溫下的奇異點(diǎn)，其影響可延伸至有限溫區(qū)域，形成由溫度與橫場定義的量子臨界區(qū)，并主導(dǎo)該區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的行為。在此基礎(chǔ)之上，研究引入橫場與縱場進(jìn)行共同調(diào)控發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)處于QCP時，在縱場—溫度平面內(nèi)會形成一個由臨界點(diǎn)延伸出的量子超臨界區(qū)。二者雖同源于QCP，但遵循不同的有限溫標(biāo)度律——量子臨界區(qū)遵循量子臨界標(biāo)度律，量子超臨界區(qū)遵循新發(fā)現(xiàn)的量子超臨界標(biāo)度律。

　　與經(jīng)典相變制冷相比，量子超臨界區(qū)展現(xiàn)出比經(jīng)典超臨界區(qū)更優(yōu)越的磁卡效應(yīng)。橫場引入的量子漲落抑制了體系的有序溫度，去除制冷溫度下限的這一限制。縱場因QCP對其高度敏感性，可在小磁場條件下驅(qū)動顯著的溫變與熵變。該區(qū)域的格林艾森參數(shù)呈現(xiàn)出普適標(biāo)度行為，其發(fā)散規(guī)律系統(tǒng)地超越經(jīng)典相變制冷。因此，基于量子超臨界磁卡效應(yīng)，可突破傳統(tǒng)相變制冷中冷量與低溫難以兼得的內(nèi)在限制，凸顯出量子相變制冷的優(yōu)勢。

　　量子超臨界行為可在實(shí)際材料中觀測。計(jì)算表明，在伊辛鐵磁體中，通過施加橫場將系統(tǒng)調(diào)控至量子臨界點(diǎn)，隨后僅將磁場（或樣品）方向偏轉(zhuǎn)很小的角度，即可利用量子超臨界磁卡效應(yīng)實(shí)現(xiàn)從1.3 K至52 mK的冷卻。量子超臨界態(tài)的實(shí)現(xiàn)路徑具有多樣性：除施加雙磁場外，可采用壓力場與磁場聯(lián)合調(diào)控，或利用摻雜所引入的“內(nèi)場”與外磁場協(xié)同。

　　基于上述效應(yīng)的固態(tài)制冷方案，可為無氦-3極低溫技術(shù)開辟具備“量子優(yōu)越性”的多場調(diào)控新路徑。