Crystal electric field level scheme leading to giant magnetocaloric effect for hydrogen liquefaction

磁制冷 液化 电场 制冷 磁场 非弹性中子散射 凝聚态物理 磁化 材料科学 离子 氢气储存 中子 物理 中子散射 热力学 核物理学 量子力学
作者
Noriki Terada,Hiroaki Mamiya,Hiraku Saito,Taro Nakajima,Takafumi D. Yamamoto,Kensei Terashima,Hiroyuki Takeya,Osamu Sakai,Shinichi Itoh,Yoshihiko Takano,Masashi Hase,Hideaki Kitazawa
出处
期刊:Communications materials [Springer Nature]
卷期号:4 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s43246-023-00340-z
摘要

Abstract In recent years, magnetic refrigeration has attracted considerable attention for hydrogen liquefaction. Most materials used for magnetic refrigeration contain heavy rare earth ions with complex crystalline electric field energy splittings, whose effect on the magnetic entropy change Δ S M has not been systematically studied. In particular, the theoretical upper limits of ∣Δ S M ∣ for general heavy earth cases are unknown. Here, we show that the crystalline electric field level schemes result in a large Δ S M for general heavy rare earth cases. We provide a specific example of the magnetic refrigeration material HoB 2 using inelastic neutron scattering experiments combined with mean-field calculations with crystal field splitting and exchange interactions. The relationship between Δ S M and crystal field parameters presented in this study can be useful for developing compounds with a large ∣Δ S M ∣ and advancing the design of magnetic refrigeration materials.

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