Ungewöhnlicher magnetokalorischer Effekt, ausgelöst durch Spin-Neuausrichtung

Zusammenfassung Fortschritte und die Nutzung der Technologie der magnetischen Kühlung hängen von der fortlaufenden Verbesserung und Optimierung der Eigenschaften magnetischer Kühlmaterialien ab. Dennoch hat sich die Komplexität des Mechanismus des magnetokalorischen Effekts (MCE) als Engpass erwiesen, der den Fortschritt und die Verfeinerung magnetischer Kühlmaterialien einschränkt. In dieser Studie wird ein klassisches magnetisches System ausgewählt, um den Mechanismus des MCE über vier verschiedene Skalen zu untersuchen – makroskopische Magnetismus, mikrometer-skalige magnetische Bereiche, atomare magnetische Momente und elektronische Struktur. Es zeigt gleichzeitig zwei inverse MCEs und einen direkten MCE mit einem Temperaturbereich von bis zu 125 K (die meisten sind <50 K) für den direkten MCE. Die Messungen des vibrierenden Proben-Magnetometers, der in situ Lorentz-Elektronenmikroskopie und der variablen Temperatur Neutronenpulver-Diffraktion zeigen direkt, dass die komplexen Änderungen der magnetischen Entropie aus der Pinning der magnetischen Domänenwände, der Instabilität der Ho-magnetischen Momente und der Spinrotation resultieren. Berechnungen auf der Grundlage erster Prinzipien beleuchten die entscheidende Rolle der starken Hybridisierung zwischen lokalisierten Ho- und itineranten Co-Elektronen in der Spin-Neuausrichtung von HoCo4Al. Diese Studie trägt erheblich zum Verständnis des Induktionsmechanismus des MCE bei und hat einen vitalen Referenzwert für die Erforschung neuer magnetischer Kühlmaterialien und zur Verbesserung der MCE-Leistung.