Исследование, о котором пойдёт речь, выполнено совместными усилиями научных коллективов: Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) и химического факультета Университета имени Бен-Гуриона в Негеве (Израиль). Работа опубликована в журнале Chemical Physics (IF=2,8).

Статья обращается к теме использования мономолекулярных магнитов для низкотемпературного магнитного охлаждения, которая в последние годы привлекает всё больше внимания в молекулярном магнетизме. Классический магнетокалорический эффект опирается на квазистатические обратимые процессы: поле меняется достаточно медленно, чтобы спиновая система оставалась вблизи термодинамического равновесия. Однако если поле изменяется существенно быстрее, чем происходит спин-решёточная релаксация, возникает качественно иной — неравновесный — магнитотепловой эффект. Он изучен заметно слабее, причём не только экспериментально, но и  теоретически. Ранее в литературе рассматривались либо мономерные анизотропные комплексы, либо магнитно-изотропные обменно-связанные системы, тогда как совместное действие обменного взаимодействия Гейзенберга — Дирака — ван Флека и одноионной анизотропии типа «лёгкая ось» оставалось за рамками анализа. Настоящая работа заполняет именно этот пробел.

В качестве минимальной модели авторы рассматривают обменно-связанный димер из двух одинаковых спинов с  и отрицательным параметром D аксиального расщепления в нулевом поле (то есть анизотропия «лёгкая ось»). Для такой системы удаётся получить замкнутое аналитическое выражение для количества теплоты, которым спиновая подсистема обменивается с фононным резервуаром при быстром изменении поля. Модель предельно проста, но при этом репрезентативна: она призвана отразить все качественные тенденции, ожидаемые и для более крупных кластеров с анизотропией «лёгкая ось».

Центральным результатом стало выяснение роли знака обменного параметра . При ферромагнитном обмене поглощение тепла димером заметно усиливается по сравнению с двумя несвязанными ионами, а максимум поглощения смещается в область более высоких температур. В случае же антиферромагнитного обмена картина меняется на противоположную: поглощение тепла подавляется и может даже измениться знак теплового эффекта, то есть димер из хладагента превращается в источник тепла. В пределе сильного обмена димер ведет себя как «гигантский спин» с эффективным параметром расщепления , и эффект определяется уже исключительно анизотропией. Отдельно отмечается, что амплитуда и положение максимума охлаждения могут регулироваться в широких пределах за счёт выбора начального и конечного значений поля.

Авторы подчёркивают, что полученные компактные аналитические пределы задают правила дизайна, которые можно напрямую применять к существующим семействам мономолекулярных магнитов, а также указывают на то, что эти результаты должны стимулировать экспериментальные исследования неравновесных магнитотепловых эффектов.

Andrew Palii, Valeria Belonovich, Boris Tsukerblat // Ferromagnetic exchange-driven enhancement of fast non-equilibrium low temperature magnetic refrigeration in magnetically anisotropic molecular spin-dimers // Chemical Physics, IF= 2,8, Q-2

https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2026.113361