室温磁気冷凍を目指した希土類―高濃度Fe化合物の磁気熱量効果の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650719
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 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 / 一次転移 / メタ磁性 / 磁気転移

Research Abstract

室温における磁気冷凍は環境にやさしく省エネルギーの冷凍技術として世界的に注目を集めている.室温磁気冷凍が実現するためには室温で大きな磁気熱量効果を持つデバイスの開発が必須である.最近われわれのグループでは磁気熱量効果の大きさが世界で最大の物質MnAs_<1-x>Sb_xを開発した.本研究では希土類(R)とFeの化合物に焦点を当て,巨大磁気熱量効果を達成すべく以下のような材料研究を行った.
1)R_2Fe_17化合物はRが軽希土類の場合室温付近にキュリー温度を持つ強磁性である.R=Ce, Pr, Ce_<0.5>Nd_<0.5>の場合に磁気エントロピー変化ΔS_Mを求めた.ΔS_Mの最大値は磁場5Tの場合でPr_2Fe_<17>がもっとも大きく6J/Kkgであるが,この値はGdの半分以下であって,あまり大きな値を示していない.
2)ラーベス相であるGdAl_2やGdNi_2は低温で大きなΔS_Mを示すことが報告されている.そこでこれらの物質のキュリー温度を室温に引き上げるためAlやNiをFeやCoで置換した化合物を作製した.この系はフェリ磁性であるので,磁化そのものの値はFe, Coの置換とともに小さくなる.この場合もGd金属の半分程度の大きさのΔS_Mが得られた.
3)Mn化合物で1次転移を示す物質が大きな磁気熱量効果を示すことを見出した.したがってR-Fe系でも一次転移が起これば大きなΔS_Mを持つ可能性がある.ごく最近中国のグループによってLa(FeSi)_<13>が一次転移を示し大きな磁気熱量効果を持つことが報告されたので,来年度はこの物質の研究をおこなう方向で準備をはじめている.

Research Products

• [Publications] H.Wada: "Giant magnetocaloric effect of MnAs_<1-x>Sb_x"Appl. Phys. Lett.. 79・20. 3302-3304 (2001)
• [Publications] H.Wada: "Extremely large magnetic entropy change of MnAs_<1-x>Sb_x near room temperature"Mater. Trans. JIM. 43・1. 73-77 (2002)
• [Publications] 和田裕文: "室温で巨大磁気熱量効果を示す磁性体"工業材料. 50・3. 73-76 (2002)