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パルスおよび定常強磁場を用いた巨大磁気熱量効果の発現機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K13979
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分26010:金属材料物性関連
研究機関東北大学

研究代表者

木原 工  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (80733021)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード磁気冷凍 / 磁気熱量効果 / ホイスラー合金 / パルス強磁場 / 比熱 / 強磁場 / 形状記憶合金 / メタ磁性形状記憶合金
研究成果の概要

Ni-Mn基ホイスラー合金Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn, and Sb)は、室温付近でマルテンサイト変態する際に巨大な磁気熱量効果を示すことから、磁気冷凍材料候補として注目されている。本研究では、パルス強磁場を用いてNi-Mn基ホイスラー合金の磁気熱量効果を断熱温度変化として直接測定した。パルス・定常強磁場下の磁化、比熱、磁歪、イメージング観察などの測定と組み合わせることで各自由度におけるエントロピー変化を定量的に見積った。第一原理を用いた理論計算と比較することで、状態密度の磁場応答に起因する電子エントロピー変化が磁気熱量特性の組成依存性に寄与していることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

磁気冷凍は気体冷凍に代わる次世代冷凍技術として高い注目を集めているが、これまでに発見された磁気冷凍材料の多くは磁場誘起構造相転移に伴う格子エントロピー変化を活用していたため、一次相転移特有の大きな磁場ヒステリシスによってエネルギーロスが発生するという問題があった。本研究によって、電子エントロピー変化を用いた新しい磁気冷凍材料開発の道が示された。これにより一次相転移への拘りはもはや不要となり、今後ヒステリシスによるエネルギーロスの問題を解決する可能性がある。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf/Technical University of Darmstadt(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Observation of inverse magnetocaloric effect in magnetic-field-induced austenite phase of Heusler alloys Ni50?xCoxMn31.5Ga18.5 (x=9?and?9.7)2021

    • 著者名/発表者名
      Kihara T.、Roy T.、Xu X.、Miyake A.、Tsujikawa M.、Mitamura H.、Tokunaga M.、Adachi Y.、Eto T.、Kanomata T.
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 5 号: 3 ページ: 0344416-0344416

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.5.034416

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Element-specific field-induced spin reorientation and tetracritical point in MnCr2S42021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, S: Suwa, H: Kihara, T: Nomura, T: Kotani, Y: Nakamura: Skourski, Y: Zherlitsyn, S: Prodan, L: Tsurkan, V: Nojiri, H: Loidl, A: Wosnitza, J
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 103 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.l020408

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Capacitive detection of magnetostriction, dielectric constant, and magneto-caloric effects in pulsed magnetic fields2020

    • 著者名/発表者名
      Miyake Atsushi、Mitamura Hiroyuki、Kawachi Shiro、Kimura Kenta、Kimura Tsuyoshi、Kihara Takumi、Tachibana Makoto、Tokunaga Masashi
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 91 号: 10 ページ: 105103-105103

    • DOI

      10.1063/5.0010753

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-field magnetization and magnetic phase diagram of metamagnetic shape memory alloys Ni50Co Mn31.5Ga18.5 ( x=9 and 9.7)2020

    • 著者名/発表者名
      Kihara T.、Xu X.、Miyake A.、Kinoshita Y.、Tokunaga M.、Adachi Y.、Kanomata T.
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 181 ページ: 25-29

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2020.02.009

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic properties of ferromagnetic Heusler alloy Co2NbGa2020

    • 著者名/発表者名
      Kanomata T.、Nishihara H.、Osaki T.、Doi M.、Sakon T.、Adachi Y.、Kihara T.、Obara K.、Shishido T.
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: 503 ページ: 166604-166604

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2020.166604

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetoresistance and Thermal Transformation Arrest in Pd2Mn1.4Sn0.6 Heusler Alloys2019

    • 著者名/発表者名
      Xu Xiao、Okada Hironari、Chieda Yusuke、Aizawa Naoki、Takase Daiki、Nishihara Hironori、Sakon Takuo、Han Kwangsik、Ito Tatsuya、Adachi Yoshiya、Kihara Takumi、Kainuma Ryosuke、Kanomata Takeshi
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 12 号: 14 ページ: 2308-2308

    • DOI

      10.3390/ma12142308

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence of low-energy singlet excited states in the spin-1/2 polyhedral clusters {Mo72V30} and {W72V30} with strongly frustrated kagome networks2019

    • 著者名/発表者名
      Kihara T.、Nojiri H.、Narumi Y.、Oshima Y.、Kindo K.、Heesing C.、Schnack J.、Muller A.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 6 ページ: 64430-64430

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.064430

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic-field-induced transition for reentrant martensitic transformation in Co-Cr-Ga-Si shape memory alloys2018

    • 著者名/発表者名
      Xu Xiao、Kihara Takumi、Miyake Atsushi、Tokunaga Masashi、Kanomata Takeshi、Kainuma Ryosuke
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: 466 ページ: 273-276

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2018.07.011

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Observation of inverse magnetocaloric effect in magnetic-field-induced austenite phase of Heusler alloys Ni41Co9Mn31.5Ga18.52020

    • 著者名/発表者名
      T. Kihara, T. Roy, X. Xu, A. Miyake, M. Tsujikawa, H. Mitamura, M. Tokunaga, Y. Adachi, and T. Kanomata
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference on Research in High Magnetic Fields
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ホイスラー合金Ni41Co9Mn31.5Ga18.5の磁場誘起オーステナイト相における負の磁気熱量効果2020

    • 著者名/発表者名
      木原工, Xiao Xu, 三宅厚志, Tufan Roy, 三田村幸裕, 徳永将史, 安達義也, 鹿又武
    • 学会等名
      日本金属学会秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] メタ磁性形状記憶合金Ni50-xCoxMn31.5Ga18.5 (x = 9 and 9.7)の磁気相図2020

    • 著者名/発表者名
      木原工, Xiao Xu, 三宅厚志, 木下雄斗, 徳永将史, 安達義也, 鹿又武
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] メタ磁性形状記憶合金Ni50-xCoxMn31.5Ga18.5 (x = 9 and 9.7)の磁気熱量効果測定2020

    • 著者名/発表者名
      木原工, Xiao Xu, 三宅厚志, Tufan Roy, 三田村幸裕, 徳永将史, 安達義也, 鹿又武
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] メタ磁性形状記憶合金Ni50-xCoxMn31.5Ga18.5 (x = 9 and 9.7)における磁場誘起バリアント再配列2019

    • 著者名/発表者名
      木原工, Xiao Xu, 三宅厚志, 木下雄斗, 徳永将史, 安達義也, 鹿又武
    • 学会等名
      強磁場科学研究会「強磁場コラボラトリーによる強磁場科学の新展開」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] メタ磁性形状記憶合金NiCoMnGaおよびNiCoMnInの電子構造とその強磁場効果2019

    • 著者名/発表者名
      木原工, 許皛, 三宅厚志, 徳永将史, 三田村裕幸, 木下雄斗, Tufan Roy, 安達義也, 鹿又武
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Direct Measurement System of Magnetocaloric Effect under Pulsed High Magnetic Field and its Application to Metamagnetic Shape Memory alloys2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kihara, X. Xu, A. Miyake, M. Tokunaga, Y. Adachi, T. Kanomata
    • 学会等名
      Thermag VIII
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic and Magnetocaloric Properties in Metamagnetic Shape Memory Alloys NiCoMnGa and NiCoMnIn2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kihara, X. Xu, A. Miyake, M. Tokunaga, Y. Adachi, T. Kanomata
    • 学会等名
      International Conference on Research in High Magnetic Fields
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] メタ磁性形状記憶合金におけるマルチカロリック効果の研究2018

    • 著者名/発表者名
      木原工, 許皛, 三宅厚志, 徳永将史, 三田村裕幸, 安達義也, 鹿又武
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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