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Magnetocaloric effect of field-induced ferromagnet BaFeO$$_{3}$$

磁場誘起強磁性体BaFeO$$_{3}$$の磁気熱量効果

水牧 仁一朗*; 吉井 賢資; 林 直顕*; 齊藤 高志*; 島川 祐一*; 高野 幹夫*

Mizumaki, Masaichiro*; Yoshii, Kenji; Hayashi, Naoaki*; Saito, Takashi*; Shimakawa, Yuichi*; Takano, Mikio*

磁場誘起強磁性を示す新規ペロブスカイト鉄酸化物BaFeO$$_{3}$$の磁気熱量効果を調べた。この物質は、酸化物には珍しいFe$$^{4+}$$という高い価数の鉄イオンを含む。この系の基底状態は反強磁性であるが、0.3T以上の磁場により鉄スピンが強磁性転移を示す。キュリー温度は111Kである。磁気熱量効果測定から、磁化が温度及び磁場変化の両方において、ほぼ可逆的な変化をすることを見いだした。すなわちヒステリシスがないため、熱損失のない効率的な冷却が可能な物質である。放射光磁気円二色性測定から、この性質は、Fe$$^{4+}$$イオンが実際はFe$$^{3+}$$L(Lは酸素ホール)の状態となっており、この状態の磁気異方性が少ないことに起因する。冷却におけるエントロピー変化と冷却能力は、キュリー点近傍で5.8Jkg$$^{-1}$$K$$^{-1}$$及び172Jkg$$^{-1}$$と比較的大きかった。BaFeO$$_{3}$$は希土類を含まず、熱媒体となる水に耐性があることから、新しい磁気熱量物質として提案できる。

We have investigated the magnetocaloric effect (MCE) of a perovskite oxide, BaFeO$$_{3}$$, that shows ferromagnetism by the aid of a small external field of about 0.3 T below the Curie temperature T$$_{C}$$ = 111 K. The magnetization is found to change almost reversibly in both field and temperature cycles. Hence, magnetic and thermal hysteretic losses are negligibly low during refrigeration, a property that is suitable for application. The reversible MCE is likely to arise from the absence of an orbital magnetic moment of Fe ions which are essentially in the Fe$$^{3+}$$L state (L: ligand hole). The magnetic entropy change and refrigerant capacity near the T$$_{C}$$ are about 5.8 J kg$$^{-1}$$ K$$^{-1}$$ and about 172 J kg$$^{-1}$$, respectively, both of which are comparable to those of ferromagnetic perovskite manganites. As BaFeO$$_{3}$$ contains no rare metals and is stable against corrosion, the material can be regarded as a candidate refrigerant material.

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パーセンタイル:35.08

分野:Physics, Applied

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