Magnetic properties and large cryogenic magnetocaloric effects in the RE2SiO5 (RE = Gd, Dy, Ho, and Er) silicates

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作者
A. F. Li,Jingjing Wei,Junli Lin,Yikun Zhang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:50 (8): 13732-13739 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.01.287
摘要

We herein investigated four rare earth (RE)-based oxides, the RE2SiO5 (RE = Gd, Dy, Ho, and Er) silicates, regarding their structural and cryogenic magnetic properties. All the RE2SiO5 silicates are found to crystallized in a monoclinic structure. X-ray photoemission spectroscopy spectra illustrate that RE, Si and O elements in RE2SiO5 silicates are present as RE3+, Si4+, and O2−, respectively. The Dy2SiO5 reveals a first-order magnetic transition around 4.5 K. The magnetic phase transition temperatures are probably below 2 K for the RE2SiO5 (RE = Gd, Ho, and Er) silicates. Large cryogenic magnetocaloric effects (MCE) and good magnetocaloric performances were observed in the RE2SiO5 silicates. The MCE parameters in terms of the maximum magnetic entropy changes, the temperature-averaged entropy change (5 K-lift) and refrigerant capacity under a magnetic field change of 0–5 T are determined to be 35.5, 30.4 J/kgK, and 215.7 J/kg for Gd2SiO5, to be 13.3, 12.9 J/kgK, and 190.5 J/kg for Dy2SiO5, to be 15.3, 15.1 J/kgK, and 274.1 J/kg for Ho2SiO5 and to be 17.9, 16.5 J/kgK, and 181.14 J/kg for Er2SiO5, respectively. These derived values of MCE parameters of the RE2SiO5 silicates, especially for Gd2SiO5, are at similarly high level with or better than those of the updated candidate materials, making them also of potential for practical magnetic refrigeration applications.
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