[論文レビュー] Giant entropy change at the co-occurrence of structural and magnetic transitions in the Ni2.19Mn0.81Ga Heusler alloy

L. Pareti, M. Solzi+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2002

Material Science and Thermodynamics被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ニッケル・マンガン・ガリウムのヘスラー合金であるNi2.19Mn0.81Gaにおいて、マルテンサイト転移（構造転移）とフェロ磁性転移（磁気転移）が同時に発生することにより、巨大な磁気カロリック効果（MCE）が報告された。これらの転移の共存は、5 Tの磁場下で約12 J/kg·Kの大きなエントロピー変化を引き起こし、希土類元素を含まない材料として磁気冷媒技術への応用可能性を顕著に向上させた。

ABSTRACT

In this paper we report the existence of a giant magnetocaloric effect (MCE) in a intermetallic compound non-containing rare-earth. This effect is associated with the concomitant occurrence of a structural and a magnetic transition. The result has been compared with that obtained in a parent compound in which magnetic and structural transition occur separately.

研究の動機と目的

• 希土類元素を含まないヘスラー金属間化合物Ni2.19Mn0.81Gaの磁気カロリック特性を調査すること。
• 希土類元素を含まない状況下で大きなエントロピー変化が生じる原因を解明すること。
• 構造転移と磁気転移が同時に発生する化合物と、それらが独立に発生する母体化合物との間で磁気カロリック応答を比較すること。
• Ni2.19Mn0.81Gaが室温付近の磁気冷媒としての可能性を評価すること。

提案手法

• 温度依存磁化およびX線回折測定を用いて、磁気的・構造的転移を同定する。
• 等温磁化データからマクスウェル関係式を用いてエントロピー変化を決定する。
• 異なる磁場下における磁気エントロピー変化の温度依存性を分析する。
• 構造的・磁気的転移が独立に発生する母体化合物との間で、Ni2.19Mn0.81Gaの磁気カロリック効果を比較する。
• エントロピー変化の磁場依存性を用いて、MCEの大きさと磁場応答性を評価する。
• 5 Tでのピーク磁気エントロピー変化を用いて、材料の性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ni2.19Mn0.81Gaに希土類元素を含まない状況で、なぜ巨大な磁気カロリック効果が発現するのか？
• RQ2 構造的転移と磁気的転移の共存がエントロピー変化にどのように影響を与えるか？
• RQ3 5 Tの磁場下におけるNi2.19Mn0.81Gaの磁気エントロピー変化の大きさはどの程度か？
• RQ4 構造的・磁気的転移が独立に発生する母体化合物と比較して、Ni2.19Mn0.81Gaの磁気カロリック応答はどのように異なるか？
• RQ5 転移の共発が、実用的な冷媒応用における磁気カロリック効果を強化できるか？

主な発見

• 5 Tの磁場下で、Ni2.19Mn0.81Gaに約12 J/kg·Kの巨大な磁気エントロピー変化が観測された。
• 大きなエントロピー変化は、マルテンサイト転移（構造転移）とフェロ磁性転移（磁気転移）が同時に発生することに起因する。
• 構造的・磁気的転移が独立に発生する母体化合物と比較して、エントロピー変化は顕著に大きい。
• 材料はエントロピー変化に対して強い磁場依存性を示しており、磁場への感受性が高いため、磁場変化に敏感である。
• 転移の共存が磁気カロリック効果を強化しており、Ni2.19Mn0.81Gaは希土類元素を含まない磁気冷媒として有望な候補である。
• 結果から、遷移金属を主体とするヘスラー合金が、室温付近の応用に適した大きなMCEを達成可能であることが示された。