Magnetokalorika

  Eigenschaften von kalorischen Materialien Urheberrecht: © FZ Jülich Die Temperaturänderung von kalorischen Materialien, wenn sie externen Stimuli ausgesetzt sind, wie z. B. einem Magnetfeld, kann für Kühltechnologien verwendet werden.

(Multi)Kalorische Materialien weisen eine Temperaturänderung in Abhängigkeit eines externen Feldes auf und sind vielversprechende Kandidaten für energieeffiziente und umweltfreundliche Kühlungstechnologien. Je nach angelegtem Feld unterscheidet man sie in Magnetokalorika (magnetisches Feld), Elektrokalorika (electrisches Feld), Elastokalorika (Stress), und Barokalorika (Druck). Die gleichzeitige Kopplung von mehreren dieser Felder kann das Anwendungspotenzial deutlich erhöhen.

Unsere Forschung konzentriert sich auf Verbindungen aus intermetallischen Systemen (z. B. Mn5-xFexSi3-yGey), die einen magnetokalorischen Effekt (2-4 J/kg K) bei niedrigem Magnetfeld (~2 T) aufweisen, und auf spin crossover Verbindungen, die einen nennenswerten barokalorischen Effekt (40-80 J/kgK) bei niedrigen hydrostatischen Drücken (~1 GPa) zeigen. Die großen Entropieänderungen in den Materialien haben ihren Ursprung in der Spin(un)ordnung und in den Gitterschwingungen.

Wir interessieren uns für die fundamental zugrundeliegenden Mechanismen der kalorischen Effekte. Die Wechselwirkungen zwischen Spin-, Gitter- und elektronischen Freiheitsgraden spielen dabei eine wesentliche Rolle und wir untersuchen, inwieweit externe Stimuli wie chemische Zusammensetzung, Druck, Temperatur und magnetische Felder diese beeinflussen. Weiterhin versuchen wir die Materialien zu optimieren und große kalorische Effekte bei kleinen Feldern zu erreichen.

Unsere Untersuchungsmethoden konzentrieren sich auf Neutronen- und Röntgenbeugung sowie inelastische Neutronenstreuung an Einkristallen und Pulvern unter verschiedenen Druck-, Feld- und Temperaturbedingungen. Diese Untersuchungen werden mit makroskopischen physikalischen Eigenschaftsmessungen vervollständigt. Letztlich ist unser Ziel, Materialien zu entwickeln, die als Grundlagen für Kühltechnologien genutzt werden können.

Siehe auch Informationen des Projekts am FZ Jülich.

Kontaktpersonen:

Prof. Dr. Karen Friese
Dr. Andrzej Grzechnik

Publikationen:

N. Maraytta, J. Voigt, C. Salazar Mejía, K. Friese, Y. Skourski, J. Perßon, S. M. Salman, and T. Brückel, Anisotropy of the magnetocaloric effect: Example of Mn5Ge3 , Journal of Applied Physics 128, 103903 (2020)

A. Eich, A. Grzechnik, L. Caron, Y. Cheng, J. Wilden, H. Deng, V. Hutanu, M. Meven, M. Hanfland, K. Glazyrin, P. Hering, M. G. Herrmann, M. Ait Haddouch, and K. Friese, Magnetocaloric Mn5Si3 and MnFe4Si3 at variable pressure and temperature, Materials Research Express 6, 096118 (2019)

N. Maraytta, Y. Skourski, J. Voigt, K. Friese, M. G. Herrmann, J. Persson, J. Wosnitza, S. Salman, and T. Brückel, Direct measurements of the magneto-caloric effect of MnFe4Si3 in pulsed magnetic fields, J. Alloys Comp. 805, 1161 (2019)

J. Wilden, A. Hoser, M. Chikovani, J. Persson, J. Voigt, K. Friese, and A. Grzechnik, Magnetic Transitions in the Co-Modified Mn2Sb System, Inorganics 6, 113 (2018)

S. Gallus, M. Ait Haddouch, M. Chikovani, J. Persson, J. Voigt, K. Friese, A. Senyshyn, and A. Grzechnik, Crystal structure and magnetism of the FexNi8-xSi3 materials, 0 ≤ x ≤ 8, Solid State Sciences 76, 57 (2018)

  BMBF Urheberrecht: © BMBF

Förderung:

Dieses Projekt wird gefördert durch das BMBF im Rahmen des Programms Zusammenarbeit mit Entwicklungs- und Schwellenländern im Nahen Osten, Nordafrika, Türkei (Project MagCal, No. 01DH17013)

  Palestinian-German science bridge Urheberrecht: © PGSB

und im Rahmen der Palestinian German Science Bridge.