磁强计在探索高温磁制冷材料中的应用

近几年，利用磁热效应的高温磁制冷技术引起了人们的广泛注意，它有可能在某些领域代替目前的气体压缩/膨胀制冷技术。磁热效应是指磁性材料由于改变外加磁场而出现的吸热或放热的现象。根据热力学第二定律，一个温度为T的系统吸收（或放出）热量A（时，系统中熵的变化为AS =AQ/T.所以使用高磁熵密度材料会有较高的磁制冷效率。1926年以来，磁热效应主要用于超低温的获取，即绝热去磁技术。用顺磁盐绝热去磁或用核绝热去磁的方法可以得到mK或mK以下的温度。目前可用于磁制冷的材料分为两类：顺磁性材料和铁磁性材料。顺磁性材料主要用于低温磁制冷（T20K）。本文主要介绍磁强计在高温磁制冷材料研究中的应用。在强磁场作用下的铁磁性材料，随着温度的升高，在其居里温度Tc附近，由磁有序变为无序时伴随着较大的磁熵改变（AS），同时伴随着较大的磁热效应。1976年布郎（G.V.B）利用稀土Gd和埃里克森循环制冷机成功地进行了室温磁制冷实验1，从而激发了人们对高温磁制冷，特别是室温磁制冷材料的研究。目前高温磁制冷材料的研究主要集中在稀土合金、稀土金属间化合物和钙钛矿锰氧化物2~4.由于用固态的高温磁制冷材料制冷具有绿色环保、高效节能的优点，所以在冰箱、空调、气体液化等领域里有着广泛的应用前景。

磁热效应的测量可以采用直接测量或者间接测量。直接测量是测量样品在电磁铁，超导磁体或脉冲磁场中，在绝热的条件下，磁场改变所对应的温度变化（AT）。间接测量有两种，一种是用量热计测量零磁场和固定磁场下比热随温度的变化，由比热测量的结果计算出温度变化AT和磁熵变化AS.另一种是磁测量，可以通过测量样品在不同温度下的磁化曲线，来计算磁熵变化AS.前两种方法比较费事，测量成本比较高。而磁测量则比较简单、方便、经济。所以采用磁强计测量磁熵变化成为目前筛选高温磁制冷材料的一种有效的方法5. 2测量与分析振动样品磁强计（VSM）、超导量子干涉器件磁强计（SQUID）、提拉样品磁强计或交变梯度磁强计（AGM）6都可用于样品磁熵变化的测量。方法是：矩的微分曲线（dM/dT-T）上的峰值位置，定出样品的居里温度Tc.温磁化曲线。再根据以下热力学公式计算磁熵变化AS：在一定条件下，数值积分中的dM，dT和dH可以被实际测量中的AM，AT和AH所替代，积分可近似为求和，即由（2）式可以很容易地用计算机软件来处理测量数据，计算出磁熵变化AS.不过AT和AH应尽量小，否则会有很大误差。

3测量实例=0，0.1，0.2）的磁熵变化。为图系列样品的磁熵变化曲线（LaDyo.OCaMnOj的等温磁化曲线（LaDyoJwCamMnOj的等温磁化曲线。在Tc附近，AT选2K，在变化缓慢的区域，AT选5K.为（IxDy，）2/3（/3Mn3（；x=0，0.1，0.2）系列样品的磁熵变化温度曲线。各样品磁摘变化的峰值对应于用上面的方法确定的居里温度Tc.当x=0.1时，AS