[논문 리뷰] Giant entropy change at the co-occurrence of structural and magnetic transitions in the Ni2.19Mn0.81Ga Heusler alloy

L. Pareti, M. Solzi외 2명|arXiv (Cornell University)|2002. 09. 24.

Material Science and Thermodynamics인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 희토류 원소를 포함하지 않는 Ni2.19Mn0.81Ga 히우즐러 합금에서 마르텐사이트 구조 전이와 페로자성 전이가 동시에 발생함으로써 거대한 열역학적 자기냉각 효과(MCE)가 관측된 것을 보고한다. 이러한 전이의 공존은 5 T 자기장 하에서 약 12 J/kg·K의 큰 열역학적 엔트로피 변화를 유도하며, 희토류 원소를 사용하지 않고도 자기냉각 재료로서의 잠재력을 크게 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 희토류 원소를 포함하지 않는 히우즐러 금속간화합물인 Ni2.19Mn0.81Ga의 자기냉각 특성을 조사하기 위해.
• 희토류 원소가 없는 조건에서 큰 엔트로피 변화가 발생하는 원인을 이해하기 위해.
• 구조 전이와 자성 전이가 동시에 발생하는 화합물의 자기냉각 반응을 전이가 별개로 발생하는 모체 화합물과 비교하기 위해.
• Ni2.19Mn0.81Ga가 실온 자기냉각을 위한 후보로서의 잠재력을 평가하기 위해.

제안 방법

• 온도 의존 자화 및 X선 회절 측정을 통해 자성 전이와 구조 전이를 분석하기 위해.
• 이소터르피 자화 데이터에서 맥스웰 관계를 이용해 엔트로피 변화를 결정하기 위해.
• 다양한 자기장 하에서 열역학적 엔트로피 변화의 온도 의존성을 분석하기 위해.
• 전이가 별개로 발생하는 모체 화합물과의 비교를 통해 Ni2.19Mn0.81Ga의 자기냉각 효과를 분석하기 위해.
• 엔트로피 변화의 자기장 의존성을 활용해 MCE의 크기와 자기장 반응성을 평가하기 위해.
• 5 T에서의 최대 자화 엔트로피 변화를 이용해 재료의 성능을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희토류 원소가 없는 Ni2.19Mn0.81Ga에서 거대한 자기냉각 효과는 무엇에 기인하는가?
• RQ2 구조 전이와 자성 전이의 공존이 엔트로피 변화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 5 T 자기장 하에서 Ni2.19Mn0.81Ga의 자화 엔트로피 변화는 어느 정도의 크기를 가지는가?
• RQ4 Ni2.19Mn0.81Ga의 자기냉각 반응은 전이가 별개로 발생하는 모체 화합물과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 전이의 동시 발생이 실용적인 냉각 응용을 위한 자기냉각 효과를 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 5 T 자기장 하에서 Ni2.19Mn0.81Ga에서 약 12 J/kg·K의 거대한 자화 엔트로피 변화가 관측되었다.
• 큰 엔트로피 변화는 마르텐사이트 구조 전이와 페로자성 전이가 동시에 발생함으로써 기인한다.
• 전이가 별개로 발생하는 모체 화합물에서 관측된 엔트로피 변화보다 현저히 크다.
• 재료는 엔트로피 변화에 강한 자기장 의존성을 보이며, 자기장에 매우 민감함을 나타낸다.
• 전이의 공존은 자기냉각 효과를 향상시키며, Ni2.19Mn0.81Ga가 희토류를 포함하지 않는 자기냉각에 매우 유망한 후보임을 입증한다.
• 결과적으로 전이 금속 기반의 히우즐러 합금이 실온 근처 응용에 적합한 큰 MCE 값을 달성할 수 있음을 보여준다.