磁気冷凍性能を 最大限引き出せる手法の開発

千葉工業大学 核物理 物性セミナー
磁気冷凍性能を
最大限引き出せる手法の開発
物材機構 田村亮
共同研究者：田中宗（早稲田高等研）
大野隆央，北澤英明（物材機構）
28/November/2015
1
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
2
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
3
自己紹介
大学：埼玉大学理学部物理学科 (2003年4月ー2007年3月)
卒業研究担当教員：飛田 和男 先生
卒業論文「2次元Isingモデルの厳密解」
大学院：東京大学理学系研究科物理学専攻 (2007年4月ー2012年3月)
担当教員：川島 直輝 先生
博士論文「Novel Magnetic Orders in
Frustrated Continuous Spin Systems」
ポスドク研究員：（独）物質・材料研究機構 若手国際研究センター
(2012年4月ー2015年３月)
センター長：宮野 健次郎 先生
メンター：大野 隆央 先生，北澤 英明 先生
研究テーマ「大規模数値計算による磁性材料の新奇現象の探求」
研究員：国立研究開発法人 物質・材料研究機構
理論計算科学ユニット (2015年4月ー)
ユニット長：佐々木 泰造 先生 グループ長：宮崎 剛 先生
4
本研究ダイジェスト
磁気熱量効果
吸熱反応
磁場変化によって磁気エントロピーが増加
吸熱反応
磁気冷凍性能を最大限引き出せる手法を開発
強磁性体
反強磁性体
5
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
6
気体冷凍
気体のエントロピー変化を用いた冷凍技術
気体におけるエントロピー変化
P =0
P >0
10t
等温過程
における
圧力減少
吸熱反応
気体エントロピー
気体エントロピー
小
大
圧力変化によって気体のエントロピーが増加
吸熱反応
7
気体冷凍における逆カルノーサイクル
気体冷凍サイクルの例：逆カルノーサイクル
A → B：等温膨張過程
気体エントロピーの増加
B → C：断熱圧縮過程
気体の温度の増加
B
C
C → D：等温圧縮過程
気体エントロピーの減少
D → A：断熱膨張過程
気体の温度の減少
A
D
8
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
9
磁気冷凍
磁性体の磁気熱量効果を用いた冷凍技術
強磁性体におけるエントロピー変化
H=0
H>0
等温過程
における
磁場減少
吸熱反応
磁気エントロピー
磁気エントロピー
小
大
磁場変化によって磁気エントロピーが増加
吸熱反応
10
磁気冷凍における逆カルノーサイクル
磁気冷凍サイクルの例：逆カルノーサイクル
A → B：等温消磁過程
磁気エントロピーの増加
B → C：断熱磁化過程
磁性体の温度の増加
B
C
C → D：等温磁化過程
磁気エントロピーの減少
D → A：断熱消磁過程
磁性体の温度の減少
A
D
11
気体冷凍と磁気冷凍
気体冷凍
磁気冷凍
圧力減少
磁場減少
10t
V ：体積増加
S ：エントロピー増加
M
P
D
C
V
A
対応
H
：磁化減少
：エントロピー増加
D
C
1/M
A
B
B
12
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
13
逆カルノーサイクル(∼20K)
磁気エントロピー変化による吸熱反応を利用した冷凍サイクル
温度が高いと磁性体の格子振動(格子比熱)が増加し使用できない．
Step1:等温消磁過程
Step2:断熱磁化過程
高熱源
磁
場
発
生
源
磁性体
低熱源
Step3:等温磁化過程
高熱源
磁
場
発
生
源
磁
場
発
生
源
磁性体
低熱源
Step4:断熱消磁過程
高熱源
磁
場
発
生
源
磁
場
発
生
源
磁性体
低熱源
高熱源
磁
場
発
生
源
磁
場
発
生
源
磁性体
磁
場
発
生
源
低熱源
14
AMRサイクル(20K∼300K)
格子振動(格子比熱)を利用し，磁性体に熱を蓄え，
磁性体の温度変化を利用した冷凍サイクル(冷凍効果＋蓄冷効果)
Step1
Step2
高熱源
磁性体
磁
場
発
生
源
磁性体
Step3
高熱源
磁性体
磁
場
発
生
源
磁
場
発
生
源
磁性体
Step4
高熱源
磁性体
磁性体
磁
場
発
生
源
磁
場
発
生
源
磁性体
磁性体
高熱源
磁
場
発
生
源
磁
場
発
生
源
磁性体
磁
場
発
生
源
磁性体
冷媒
低熱源
低熱源
低熱源
低熱源
15
磁気冷凍機の構成
一気に温度を下げることはできず，複数の熱サイクルを組み合わせ，
排熱温度から徐々に温度を下げていく．
カルノー
サイクル
吸熱
目的温度
AMR
サイクル
10K
AMR
サイクル
100K
AMR
サイクル
200K
排熱
排熱温度
室温温度
高い磁気冷凍性能を示す動作温度は，磁性材料固有である．
LG温度
各熱サイクルで使える磁気冷凍材料は異なる． 液体窒素温度
16
磁気冷凍性能
SM ：磁気エントロピー変化
（等温過程）
カルノーサイクルのように，熱量を
汲み出すことで冷却する冷凍サイクル
で重要となる．
（主に低温領域で使用）
断熱過程
（断熱過程）
吸熱
等温過程
Tad：断熱温度変化
AMRサイクルのように磁性体の
温度変化を直接使用し冷却する
冷凍サイクルで重要となる．
（主に高温領域で使用）
が大きな磁性体
高性能な磁気冷凍材料
（動作温度も重要）
17
熱吸収能力
Th
SM (T, H2 ! H1 )dT
高熱源
>
>
一回の熱力学サイクルによって
T` ! Th の間で移動する熱量
>
低熱源
T`
例：逆エリクソンサイクル
>
q=
Z
Cooling capacity
18
熱吸収能力
q=
Z
Cooling capacity
Th
T`
SM (T, H2 ! H1 )dT
一回の熱力学サイクルによって
T` ! Th の間で移動する熱量
が大きな磁性体
Relative cooling power (RCP)
4
RCP = SM max ⇥ T1/2 ' q
3
Th T` = T1/2 とし，
積分を三角形近似したもの
K. A. Gschneidner, Jr. and V. K. Pecharsky,
Annu. Rev. Mater. Sci. 30, 387 (2000).
高性能な磁気冷凍材料
（動作温度も重要）
18
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
19
様々な磁気冷凍材料
希土類化合物
遷移金属酸化物
La(FexSi1-x)13
R0.6Sr0.4MnO3
(R=La-Gd)
A. Fujita, S. Fujieda,
Y. Hasegawa,
and K. Fukamichi
Phys. Rev. B
67, 104416 (2003).
H. Sakai,
Y. Taguchi,
and Y. Tokura,
J. Phys. Soc. Jpn.
78, 113708 (2009).
Gd5Si2Ge2
Sr2RuO4
A. O. Pecharsky, et al.,
J. Appl. Phys. 93, 4722 (2003)
S. Yonezawa, T. Kajikawa, and Y. Maeno,
Phys. Rev. Lett. 110, 077003 (2013).
Ho5Pd2
Fe1­xMnxV2O4
北澤英明，豊泉沙織
日本物理学会2014年秋季大会 7pBC-1, 7pBC-2
D. Choudhur, et al.,
Phys. Rev. B 89, 104427 (2014).
ナノ微粒子
単分子磁性体
La0.7Ca0.3MnO3
[MnIII2MnII2]
H. Yang, Y.H. Zhu,
T. Xian, and J.L. Jiang
J. Alloys. Compd.
555, 150 (2013).
G. Karotsis, et al.,
Angew. Chem. Int. Ed.
48, 9928 (2009).
ホイスラー合金
Ni0.5Mn0.5-xSnx
T. Krenke, et al.,
Nature Materials
4, 450 (2005).
Ni0.5Mn0.5-xInx, NiMnGa
A. Planes, et al.,
J. Phys.: Condens. Matter 21, 233201 (2009).
Ni0.5-xMn0.39+xSn0.11
Z. D. Han, et al.,
Appl. Phys. Lett. 90, 042507 (2007).
Metal Organic Framework
(MOF)
[Gd(HCOO)
(C8H4O4)]
R. Sibille, et al.,
Chem. Eur. J.
18, 12970 (2012).
100nm
La0.125Ca0.875MnO3
A. Biswas, T. Samanta, S. Banerjee, and I. Das
Appl. Phys. Lett. 94, 233109 (2009).
Pr1-xAxMn1-yCoyO3 (A=Ca,Sr)
N. Mahato, et al.,
J. Nanosci. Nanotechnol. 11, 2560 (2011).
[MnIII4LnIII4] (Ln=Gd, Tb, Dy)
G. Karotsis, et al.,
J. Am. Chem. Soc. 132, 12983 (2010).
[NiIII6LnIII6] (Ln=Gd, Dy, Y)
Y.-Z. Zheng, et al.,
Angew. Chem. Int. Ed. 50, 3692 (2011).
Gd(HCOO)3
G. Lorusso, et al.,
Adv. Mater. 25, 4653 (2013).
[Mn(H2O)6][MnGd3]2·6H2O
F.-S. Guo, et al.,
Chem. Commun. (Camb) 48, 12219 (2012).
20
室温磁気冷凍材料
Curie温度が室温付近の
室温で大きなエントロピー変化
MnAs
T C = 318 K
220
DyCo 2
200
La(Fe 11.44Si1.56)
180
20
T C = 142 K
T C = 195 K
Gd5(Si2Ge2)
T C = 270 K
160
Gd: 0-2 T
Gd: 0-5 T
Gd5(Si2Ge2): 0-2 T
Gd5(Si2Ge2): 0-5 T
15
140
Gd
T C = 294 K
120
-ΔSM
Magnetocaloric effect, –
- ΔS M (mJ/cm3 K)
K)
強磁性体
10
100
80
K
5
60
La(Fe 11.375Al1.625 )
T C = 145 K
40
(La 0.7Ca 0.3)MnO3
T C = 227 K
20
0
0
20
40
60
80
Magnetic field change, Δ H (kOe)
0
240
(a)
100
260
280
300
320
Temperature
V. K. Pecharsky and K. A. Gschneidner Jr. Phys. Rev. Lett. 78, 4494 (1997).
K. A. Gschneidner Jr et al., Rep. Prog. Phys. 68 1479 (2005).
21
低温磁気冷凍材料
低温で大きなエントロピー変化
Curie温度が低温の
強磁性体？
22
低温磁気冷凍材料
反強磁性体
低温で大きなエントロピー変化
Ho5+xPd2
EuFe2As2
−∆Sm ( J / kg K )
x = -0.4
x = -0.3
x = -0.2
x = -0.1
x=0
x = 0.2
x = 0.4
ref.
T(K)
TN = 19K
S. Toyoizumi,
R. Tamura
al., J. Appl. Phys. 117, 17D101 (2015). M. S. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 98, 172509 (2011).
agnetic
entropy change
−∆Set
m of Ho5+x Pd2 (B = 0 to 5 T). The reference data is the
rved in Ref.[1] for Ho5 Pd2 (x = 0).
Néel温度以下で，逆磁気熱量効果を観測
Néel温度で大きなエントロピー変化
max
6,7
gnetic entropy change (RCP = −∆Sm
× δTFWHM ).
The third crucial quantity
batic temperature change ∆Tad . It can be evaluated by
22
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
23
研究目的
磁気構造
強磁性秩序
関係
磁気冷凍性能
磁性模型を用いて微視的視点から探る．
反強磁性秩序
VS.
c
b
a
Jab > 0, Jc > 0
Jab > 0, Jc < 0
立方格子上のIsing模型
H=
Jab
z
s
スピン変数： i
X
hi,jiab
1
=±
2
szi szj
Jc
Jab < 0, Jc > 0
X
hi,jic
szi szj
H
Jab < 0, Jc < 0
X
szi
i
立方格子サイト数：N = L ⇥ L ⇥ L
24
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
25
磁気エントロピーの磁気構造依存性
H=
Jab
szi szj
X
Jc
szi szj
H
X
szi
szi
i
hi,jiab
hi,jic
A-type antiferromagnet
C-type antiferromagnet
Ferromagnet
強磁性体
c
X
A型反強磁性体
1
=±
2
G-type antiferromagnet
C型反強磁性体
G型反強磁性体
c
b
a
b
a
0.7
0.7
0.7
0.6
0.6
0.6
0.5
0.5
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
3
2
0.2
0.2
1
0.1
0.1
0
0
0.7
L = 16
0.6
0
1
2
0
0
1
0.4
0
1
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
2
0
0
1
0.4
0
1
2
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
0
0
1
0
1
2
2
26
磁気エントロピーの磁気構造依存性
H=
Jab
szi szj
X
Jc
szi szj
H
X
szi
szi
i
hi,jiab
hi,jic
A-type antiferromagnet
C-type antiferromagnet
Ferromagnet
強磁性体
c
X
A型反強磁性体
1
=±
2
G-type antiferromagnet
C型反強磁性体
G型反強磁性体
c
b
a
b
a
0.7
0.7
0.7
0.6
0.6
0.6
0.5
0.5
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
3
2
0.2
0.2
1
0.1
0.1
0
0
0.7
L = 16
0.6
0
1
2
0
0
1
0.4
0
1
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
2
0
0
1
0.4
0
1
2
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
0
0
1
0
1
2
2
26
磁気エントロピーの磁気構造依存性
H=
Jab
szi szj
X
Jc
szi szj
H
X
szi
szi
i
hi,jiab
hi,jic
A-type antiferromagnet
C-type antiferromagnet
Ferromagnet
強磁性体
c
X
A型反強磁性体
1
=±
2
G-type antiferromagnet
C型反強磁性体
G型反強磁性体
c
b
a
b
a
0.7
0.7
0.7
0.6
0.6
0.6
吸熱反応
0.5
0.5
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
3
2
0.2
0.2
1
0.1
0.1
0
0
0.7
L = 16
0.6
0
1
2
0
0
1
0.4
0
1
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
2
0
0
1
0.4
0
1
2
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
0
0
1
0
1
2
2
26
磁気エントロピーの磁気構造依存性
H=
Jab
szi szj
X
Jc
szi szj
H
X
szi
szi
i
hi,jiab
hi,jic
A-type antiferromagnet
C-type antiferromagnet
Ferromagnet
強磁性体
c
X
A型反強磁性体
1
=±
2
G-type antiferromagnet
C型反強磁性体
G型反強磁性体
c
b
a
b
a
0.7
0.7
0.7
0.6
0.6
0.6
吸熱反応
0.5
0.5
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
3
2
0.2
0.2
1
0.1
0.1
0
0
0.7
L = 16
0.6
0
1
2
0
0
1
0.4
0
1
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
2
0
0
1
0.4
0
1
2
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
0
0
1
0
1
2
2
26
磁気エントロピーの磁気構造依存性
H=
Jab
szi szj
X
Jc
szi szj
H
X
szi
szi
i
hi,jiab
hi,jic
A-type antiferromagnet
C-type antiferromagnet
Ferromagnet
強磁性体
c
X
A型反強磁性体
1
=±
2
G-type antiferromagnet
C型反強磁性体
G型反強磁性体
c
b
a
b
a
0.7
L = 16
0.6
0.7
0.7
0.7
0.6
0.6
0.6
0.5
0.5
吸熱反応
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
3
2
0.2
0.2
1
0.1
0.1
0
0
0
1
2
排熱反応
0
0
1
0.4
0
1
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
2
0
0
1
0.4
0
1
2
0.3
3
2
0.2
1
0
0.1
2
0
0
1
0
1
2
2
26
磁気エントロピー変化(等温過程)の最大化
強磁性体（従来手順）
反強磁性体（提案手順）
H!0
H ! Hmax (T )
強磁性体の場合，常にゼロ磁場で
エントロピーが最大
各温度においてエントロピーが
最大になる特徴的な磁場
R. Tamura, T. Ohno, and H. Kitazawa,
Appl. Phys. Lett. 104, 052415 (2014).
報道：科学新聞(2014年3月28日2面), 化学工業日報(2014年3月19日8面),
マイナビニュース, Yano E plus, NIMSプレスリリース
27
磁気エントロピー変化(等温過程)の最大化
強磁性体（従来手順）
反強磁性体（提案手順）
H!0
H ! Hmax (T )
強磁性体の場合，常にゼロ磁場で
エントロピーが最大
各温度においてエントロピーが
最大になる特徴的な磁場
R. Tamura, T. Ohno, and H. Kitazawa,
Appl. Phys. Lett. 104, 052415 (2014).
報道：科学新聞(2014年3月28日2面), 化学工業日報(2014年3月19日8面),
マイナビニュース, Yano E plus, NIMSプレスリリース
27
磁気エントロピー変化(等温過程)の最大化
強磁性体（従来手順）
反強磁性体（提案手順）
H!0
H ! Hmax (T )
強磁性体の場合，常にゼロ磁場で
エントロピーが最大
各温度においてエントロピーが
最大になる特徴的な磁場
R. Tamura, T. Ohno, and H. Kitazawa,
Appl. Phys. Lett. 104, 052415 (2014).
報道：科学新聞(2014年3月28日2面), 化学工業日報(2014年3月19日8面),
マイナビニュース, Yano E plus, NIMSプレスリリース
27
反強磁性体の磁気エントロピー変化(等温過程)
提案手順 H ! Hmax (T )
従来手順 H ! 0
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
C型
0
TN
1
2
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
C型
0
TN
1
2
28
磁気エントロピー変化ΔSM(等温過程)
強磁性体
Ferromagnet
A型反強磁性体
A-type
antiferromagnet
(H !
0)
従来手順
(a) Conventional
protocol
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0
1
2
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
TN
0
1
2
(H ! H
(T ))
提案手順
(b) Proposed protocol max
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0
1
2
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
TN
0
1
2
C型反強磁性体
C-type
antiferromagnet
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
TN
0
1
2
TN
0
1
2
G型反強磁性体
G-type
antiferromagnet
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
TN
0
1
2
TN
0
1
2
提案手順を用いる事で，大きな磁気エントロピー変化(等温過程)が得られる．
29
断熱温度変化ΔTad(断熱過程)
強磁性体
A型反強磁性体
従来手順 (H ! 0)
C型反強磁性体
12
12
10
10
8
8
8
8
6
6
6
6
4
4
4
4
2
2
2
2
0
0
0
0
2
0
1
2
2
12
G型反強磁性体
TN
0
提案手順 (H ! Hmax (T ))
10
1
2
2
12
TN
0
2
2
12
10
10
8
8
8
8
6
6
6
6
4
4
4
4
2
2
2
2
0
0
0
0
2
0
1
2
2
0
12
1
12
TN
1
2
2
0
0
12
TN
10
TN
10
2
2
2
1
2
TN
10
1
1
0
提案手順を用いる事で，反強磁性体ではNéel温度以下で
大きな温度変化（断熱過程）が得られる．
30
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
31
熱吸収能力の計算(RCP)
RCP =
磁気エントロピー変化の特徴
SM max ⇥
T1/2
4
' q
3
強磁性体
反強磁性体
H!0
H ! Hmax (T )
半値をとる温度が
複数個ある
RCP
Cooling capacity
q
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
C型
0
1
2
32
熱吸収能力の計算(RCP)
RCP =
SM max ⇥
T1/2
4
' q
3
RCPを用いて反強磁性体の熱吸収能力を評価
反強磁性体
過小評価
H ! Hmax (T )
半値をとる温度が
複数個ある
過大評価
反強磁性体の熱吸収
能力を評価する量と
して不十分
32
1
SM (T, H2 ! H1 )⇥( SM (T, H2 ! H1 ))dT
0
(x < 0)
(x 0)
SM の正の領域（吸熱領域）
TCP
の全温度積分
強磁性体
3
3
nventionalConventional
従来手順
2.5 Proposed
提案手順
sed
2.5
0.5
1
2
3
4
5
6
2
1
0
3
RCP
2
0.5
0
0
1
2
0
1
2
3
4
5
6
2.5
2
1.5
0
6
5
2
0.5
1
4
3
2.5
1
1.5
3
G型反強磁性体
3
2
0.5
0
1
2.5
2.5
1.5
TCP
1
TCP '
1.5
3
TCP
1.5
TCP
2
C型反強磁性体
2
TCP
TCP
2
0
A型反強磁性体
3
2.5
TCP
0
1
モンテカルロ計算
(強磁性体)
RCP
TCP
⇥(x) =
(
3
Cooling Power
TCP =
Total
cooling
power（TCP）
Z
1
0
2
3
4
5
1.5
1
1.5
6
0.5
0
1
0
1
2
3
4
5
6
提案手順を用いる事で，従来手順よりも大きな熱吸収能力が得られる．
0.5
0.5
R. Tamura, S. Tanaka, T. Ohno, and H. Kitazawa, J. Appl. Phys. 116, 053908 (2014).
2
3
4
5
6
0
0
1
2
3
4
5
6
0
0
1
2
3
4
33
5
発表内容
自己紹介
冷凍技術と気体冷凍
磁気冷凍の基礎
磁気冷凍機の構成と磁気冷凍材料
代表的な磁気冷凍材料
研究目的
磁気構造と磁気エントロピー
磁気構造と熱吸収能力
まとめ
34
まとめ
磁気冷凍性能（磁気エントロピー変化，断熱温度変化，熱吸収能力）
を最大にする磁場印加手順
強磁性体
反強磁性体
Frustration: geometrically frustrated
systems
Frustration:
geometrically frustrated systems
Ising model
Heisenberg
Ising model
Heisenberg mod
提案手順：あらゆる磁性体の磁気冷凍性能を最大にする磁場印加手順
反強磁性体
フェリ磁性体
Residual entropy
フラストレート磁性体
(macroscopically degenerated states)
ランダム磁性体
Single-q
Residualstate
entropy
Single-q state
(120-degree
structure,
spiral spinstates)
texture) (120-degree structure, spiral spin te
(macroscopically
degenerated
Antiferromagnets on triangle-based
lattice structures
Antiferromagnets on triangle-b
lattice structures
Geometric frustration
Geometric frustration
Next we consider geometrically frustrated systems.
Next we consider geometrically frustrated systems.
The left panel shows
the ground
state of lattice.
the antiferromagnetic Ising model on triangul
The left panel shows the ground state of the antiferromagnetic
Ising model
on triangular
35
Thank you!!!
References
R. Tamura, T. Ohno, and H. Kitazawa,
Appl. Phys. Lett. 104, 052415 (2014).
R. Tamura, S. Tanaka, T. Ohno, and H. Kitazawa,
J. Appl. Phys. 116, 053908 (2014).
36