メタ磁性を利用した新しい磁気冷凍法のための材料開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555185
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 志賀 正幸 京都大学, 工学研究科, 教授 (30026025)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 裕之 京都大学, 工学研究科, 助手 (00202218) ; 和田 裕文 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80191831)
• Keywords: 磁気冷凍 / 磁気熱量効果 / 比熱 / 希土類化合物 / メタ磁性 / 一次転移

Research Abstract

磁気冷凍は磁性体に磁場を加えることによって、変化したエントロピーを熱という形で外部に放出させる冷凍サイクルである。この磁気冷凍は従来、低温域(〜20K以下)でのみ用いられているが、磁気エントロピーが格子負荷に匹敵しうるほど大きい場合は、磁気冷凍をより高温で実用化することができる。私たちはこのような考えに基づき磁場によって常磁性から強磁性(又はフェリ磁性)にメタ磁性転移する物質を磁気冷凍作業物質に応用し、新しい磁気冷凍を開発することを目的にしている。
昨年度はErCo_2とDyMn_2Ge_2の磁気熱量効果と調べたが、今年度は磁気転移温度を制御する目的でそれぞれの系をYで置換した系を作製し、その磁気熱量効果について調べた。Er_<1-X>Y_XCo_2ではxの増加につれて磁気転移温度は低下する。しかし同時にエントロピー変化も小さくなることが明らかになった。エントロピーの減少はEr原子数が減ることによるもので、この意味ではCoサイトを置換するほうが望ましいことがわかる。一方、Dy_<1-Y>Y_YMn_2Ge_2においてはゼロ磁場で観測された急激なエントロピー変化は磁場をかけると消失してしまうことが明らかになった。これはとDyMn_2Ge_2の結晶構造が正方晶であり、Dyの磁気異方性が大きいので多結晶を用いた測定では、転移が急速になまってしまうためであると理解される。これらの結果からもっとも望ましい系はEr(Co_<1-X>Ni_X)_2であると考えられ、現在試料の作製を行っている。
なお、比熱を用いた磁気熱量効果の測定は多大な労力を必要とするので、今年度は上記二つの系については結晶場と分子場を取り込んだモデル計算を行い、磁気比熱が磁場によってどのように変化するかを評価する方法をあわせて開発した。計算結果は転移温度の磁場依存性をよく再現しており、材料設計に指針を与えることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] H.Wada,S.Tomekawa and M.Shiga: "Magnetocaloric effect of ErCo_2" J.Magn.Magn.Mater.(in press). (1999)
• [Publications] A.Sokolov,H.Wada,M.Shiga and T.Goto: "The effects of competing interactions in Gd_<1-x>Y_xMn_2Ge_2" J.Magn.Magn.Mater.(in press). (1999)
• [Publications] I.S.Dubenko et al.: "Magnetic phase transitions in RMn2Ge2 intermetallics with R=rare earth element or Y" J.Magn.Magn.Mater.(in press). (1999)