giant magetic refrigerant materials for 15 ho pd hydrogen … · keywords : magnetic refrigeration,...
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最先端研究トピックス
研究の背景
研究の狙い
まとめ
文献
先端材料解析研究拠点
副拠点長 北澤 英明
E-mail: KITAZAWA.Hideaki●nims.go.jp
URL: http://nims.nims.go.jp/research/group/neutron-scattering/
希土類イオンのサイトの占有率を制御することにより、磁気
エントロピー変化を制御することができた。ｘ = 0.4で最大
のRCP値11.6 J/cm3（H = 0 – 5 T）を示す。文献値(1)の
6.3 J/cm3（H = 0 – 5 T）よりも20%増。
磁気フラストレーションと大きな磁気冷凍能力に相関がある
ことが判明した。新たな磁気冷凍材料の指針となり得る。
水素液化用高性能磁気冷凍材料
水素ステーションや水素運搬車における水素貯蔵
我が国におけるエネルギー供給の多様化実現
我が国におけるエネルギー供給の多様化実現のために、水素液化の高効率化が求められている。磁気冷凍はその有望な技術の１つとして考えられている。我々は、20K付近で従来よりもより大きな磁気熱量効果(Magnetocaloric effect, MCE)を示す希土類金属間化合物の探索を行っている。これまでは、より大きな磁気熱量効果を示す強磁性体を中心に材料探索が行われてきた。しかしながら、従来は不利と考えられていた反強磁性体に関して、最近、巨大磁気熱量効果発見の報告が相次いでいる。これらの発見は、材料探索範囲をさらに拡大することを意味する。
希土類金属間化合物Ho5Pd2(R:希土類）は、水素液化温度に近い30 K付近で温度領域に非常に大きなMCE効果を持っている。一方、この物質は、我々の中性子回折実験により、構造上の欠陥を有していることに起因したクラスターグラス系であることを明らかにした。この特異な磁性が、巨大磁気冷凍効果に関係しているか調査するため、希土類サイトの欠陥量を調整することにより、どのように磁気冷凍能力が変化するかを調査した。
水素液化に適した巨大磁気冷凍物質Keyword : 磁気冷凍、水素液化、クラスターグラス
• “A generalized magnetic refrigeration scheme”, R. Tamura, T. Ohno, and H. Kitazawa, Applied
Physics Letters 104, 052415-1-4 (2014).
• “Sample dependence of giant magnetocaloric effect in a cluster-glass system Ho5Pd2”, S.
Toyoizumi, H. Kitazawa, et al., Journal of Applied Physics 117, 17D101-1-3 (2015).
実用化の目標
Ref[1]: T. Samanta et al., APL 91 (2007) 082511.
—380 —
R1
R2
R3
P
d
磁気エントロピー変化： ΔSm
相対的冷凍能力：RCP
断熱温度変化：ΔTad
Site N Occ.
R1 48f 48 1.0
R2 32e 16 0.5
R3 32e 4 0.125
Pd 32e 28 0.875
化学式 R2.12Pd0.88(R4.8Pd2)
空間群: Fd-3m
格子定数: a = 13.4627 Å（R=Ho)
磁気冷凍の原理とR5Pd2の結晶構造
dBdT
dMS
B
m
B
1
0
msBad SC
TSTSTT 0
QSRCP FWHTm3
4max
Ho5＋ｘPd2の磁気冷凍性能
複数のサイトに欠損が存在
15
10
5
0
Sm
( J
/ k
g K
)
10080604020
T ( K )
x = -0.4 x = -0.3 x = -0.2 x = -0.1 x = 0 x = 0.2 x = 0.4 ref.
Ho5+xPd2 ( B = 0 - 5 T )
magnetic entropy change
X−ΔSm
max
(J /kg K)RCP (J /cm3) ΔTad
max (K)
-0.4 10.9 4.7 3.3
-0.3 11.9 5.9 3.5
-0.2 11.5 5.0 3.4
-0.1 12.6 5.3 3.6
0 15.4 6.7 4.6
0.2 15.3 6.9 4.2
0.4 15.9 7.6 4.3
Ref [1] 15 6.3 －
最大のRCP
16
15
14
13
12
11
Sm
max (
J /
kg K
)
0.40.30.20.10.0-0.1-0.2-0.3
x
34
32
30
28
26
p ( K
)
Ho5+xPd2
( 0 T - 5 T )
Sm
max
p