Abstract
A brief review for magnetocaloric effect (MCE), including its potential application to magnetic refrigeration and the corresponding magnetic materials, has been given. Focuses are recent progresses in the exploration of magnetocaloric materials which exhibit a first-order phase transition, thus a giant MCE. Special issues such as proper approaches to determine the MCE associated with the first-order transition and the effects of lattice and electronic entropies are discussed. The applicability of the giant MCE materials to the magnetic refrigeration near ambient temperature is evaluated.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
References
E. Warburg, Ann. Phys. 13, 141 (1881).
P. Langevin, Ann. Chim. Phy. 5, 70 (1905).
P. Debye, Ann. Phys. 81, 1154 (1926).
W. F. Giauque, J. Amer. Chem. Soc. 49, 1864 (1927).
W. F. Giauque, I. D. P. MacDougall, Phys. Rev. 43, 768 (1933).
P. J. Hakonen, S. Yin, and O. V. Lounasmaa, Phys. Rev. Lett. 64, 2707 (1990).
W. F. Giauque, J. Amer. Chem. Soc. 49, 1864 (1927); W. F. Giauque and D. P. McDougall, Phys. Rev. 43, 768 (1933).
R. D. McMichael, J. J. Ritter, and R. D. Shull, J. Appl. Phys. 73, 6946 (1993); R. D. Shull and R. D. McMichael, Nanostructure Mater. 2, 205 (1993); R. D. Shull, IEEE Trans. Magn. 29, 2614 (1993).
T. Hashimoto, T. Kuzuhara, M. Sahashi, K. Inomata, A. Tomokiyo and H. Yayama, J Appl. Phys. 62, 3873 (1987).
T. Hashimoto, T. Kuzuhara, K. Matsumoto, M. Sahashi, K. Imonata, A. Tomokiyo, and H. Yayama, IEEE Trans. Mag. MAG-23, 2847 (1987).
Tishin A. M. and Y. I. Spichkin, The magnetocaloric effect and its application, IOP Publishing Ltd, 2003.
G. V. Brown, J. Appl. Phys. 47, 3673 (1976).
C. Zimm, A. Jastrab, A. Sternberg, V. K. Pecharsky, K. Gschneidner Jr, M. Osborne, and I. Anderson, Adv. Cryog. Eng. 43, 1759 (1998).
V. K. Pecharsky and K. A. Gschneidner Jr., Phys. Rev. Lett. 78, 4494 (1997).
V. K. Pecharsky and K. A. Gschneidner Jr., Appl. Phys. Lett. 70, 3299 (1997).
F. X. Hu, B. G. Shen, J. R. Sun, and X. X. Zhang, Chinese Phys. 9, 550 (2000).
F. X. Hu, B. G. Shen, J. R. Sun, and Z. H. Cheng, Appl. Phys. Lett. 78, 3675 (2001).
H. Wada and Y. Tanabe, Appl. Phys. Lett. 79, 3302 (2001).
O. Tegus, E. BrĂĽck, K. H. J. Buschow, and F. R. de Boer, Nature 415, 150 (2002).
V. K. Pecharsky and K. A. Gschneidner Jr., J. Appl. Phys. 86, 565 (1999).
J. R. Sun, F. X. Hu, and B. G. Shen, Phys. Rev. Lett. 85, 4191 (2000).
G. J. Liu, J. R. Sun, J. Shen, B. Gao, H. W. Zhang, F. X. Hu, and B. G. Shen, Appl. Phys. Lett. 90, 032507 (2007).
A. de Campos, D. L. Rocco, A. M. G. Carvalho, L. Caron, A. A. Coelho, S. Gama, L. M. da Silva, F. C. G. Gandra, A. D. dos Santos, L. P. Cardoso, P. J. von Rank, and N. A. de Oliveira, Nat. Mater. 5, 802 (2006).
A. Giguère, M. Foldeaki, B. Ravi Gopal, R. Chahine, T. K. Bose, A. Frydman, and J. A. Barclay, Phys. Rev. Lett. 83, 2262 (1999).
S. Gama, A. A. Coelho, A. de Campos, A. Magnus G. Carvalho, and F. C.G. Gandra, Phys. Rev. Lett. 93, 237202 (2004).
A. A. Coelho, S. Gama, F. C. G. Gandra, A. O. dos Santos, L. P. Cardoso, P. J. von Ranke, and N. A. de Oliveira, Appl. Phys. Lett. 90, 242507 (2007).
G. J. Liu, J. R. Sun, J. Z. Wang, and B. G. Shen, Appl. Phys. Lett. 89, 22503 (2006).
V. K. Pecharsky, K. A. Gschneidner Jr., J. Magn. Magn. Mater. 200, 44 (1999).
K. H. J. Buschow, Rep. Progr. Phys. 40, 1179 (1977).
P. I. Kripyakevich, O. S. Zarechnyuk, E. I. Gladushevsky, and O. I. Bodak, Z. Anorg. Chem. 358, 90 (1968).
T. T. M. Palstra, J. A. Mydosh, G. J. Nieuwenhuys, A. M. van der Kraan, and K. H. J. Buschow, J. Magn. Magn. Mater. 36, 290 (1983).
T. T. M. Palstra, G. J. Nieuwenhuys, J. A. Mydosh and K. H. J. Buschow, Phys. Rev. B 31, 4622 (1985).
R. B. Helmholdt, T. T. M. Palstra, G. J. Nieuwenhuys, J. A. Mydosh, A. M. van der Kraan, and K. H. J. Buschow, Phys. Rev. B 34, 169 (1986).
W. H. Tang, J. K. Liang, G. H. Rao, and X. Yan, Phys. Stat. Sol. 141, 217 (1994).
A. Fujita and K. Fukamichi, IEEE. Magb. 35, 3796 (1999).
A. Fujita, Y. Akamatsu, and K. Fukamichi, J. Appl. Phys. 85, 4756 (1999).
F. X. Hu, Magnetic properties and magnetic entropy change of Fe-based La(Fe,M) 13 compounds and Ni-Mn-Ga alloys, Ph. D thesis, Institute of Physics of Chinese academy of Sciences, 2002.
L. Jia, J. R. Sun, J. Shen, B. Gao, and B. G. Shen (unpublished).
A. Fujita, S. Fujieda, Y. Hasegawa, and K. Fukamichi, Phys. Rev. B 67, 104416 (2003).
G. J. Wang, F. Wang, N. L. Di, B. G. Shen, and Z. H. Cheng, J. Magn. Magn. Mater. 303, 84 (2006).
F. Wang, J. Zhang, Y. F. Chen, G. J. Wang, J. R. Sun, S. Y. Zhang, and B. G. Shen, Phys. Rev. B 69, 094424 (2004).
F. X. Hu, B. G. Shen, J. R. Sun, Z. H. Cheng, and X. X. Zhang, J. Phys.: Condens. Matter 12, L691 (2000).
F. W. Wang, G. J. Wang, F. X. Hu, A. Kurbakov, B. G. Shen, and Z. H. Cheng, J. Phys.: Condens. Matter 15, 5269(2003).
L. Jia, J. R. Sun, H. W. Zhang, F. X. Hu, C. Dong, and B. G. Shen, J. Phys.: Condens. Matter 18, 9999 (2006).
A. Fujita, S. Fujieda, K. Fukamichi, Y. Yamazaki, Y. Iijima, Mater. Trans. 43, 1202 (2002).
S. Fujieda, A. Fujita, and K. Fukamichi, Appl. Phys. Lett. 81, 1276 (2002).
F. X. Hu, J. Gao, X. L. Qian, M. Ilyn, A. M. Tishin, J. R. Sun, and B. G. Shen, J. Appl. Phys. 97, 10M303 (2005).
M. Balli, D. Fruchart, and D. Gignoux, J. Phys.: Condens. Matter 19, 236230 (2007).
F. Wang, J. Zhang, Y. F. Chen, G. J. Wang, J. R. Sun, S. Y. Zhang, and B. G. Shen, Phys. Rev. B 69, 094424 (2004).
S. Fujieda, A. Fujita, N. Kawamoto, and K. Fukamichi, Appl. Phys. Lett. 89, 062504 (2006).
D. T. Kim Anh, N. P. Thuy a,b, N. H. Duca, T. T. Nhiena, and N. V. Nong, J. Magn. Magn. Mater. 262, 427 (2003).
S. Fujieda, A. Fujita, and K. Fukamichi, Mater. Trans. 45, 3228 (2004).
S. Fujieda, A. Fujita, and K. Fukamichi, IEEE Trans. Magn. 41, 2787 (2005).
S. Fujieda, A. Fujita, K. Fukamichi, N. Hirano, and S. Nagaya, J. Alloys. Comp. 408–412, 1165 (2006).
S. Fujieda, A. Fujita, N. Kawamoto, and K. Fukamichi, J. Appl. Phys. 99, 08K910 (2006).
A. Fujita, S. Fujieda, and K. Fukamichi, J. Magn. Magn. Mater. 310, E1006–E1007 (2007).
J. Shen, Y. X. Li, B. Gao, F. X. Hu, J. R. Sun, and B. G. Shen (unpublished).
J. Shen, B. Gao, L. Q. Yan, Y. X. Li, H. W. Zhang, F. X. Hu, and J. R. Sun, Chinese Phys. 16, 3848 (2007).
S. Fujieda, A. Fujita, and K. Fukamichi, J. Magn. Magn. Mater. 310, e1004 (2007).
S. Fujieda, A. Fujita, and K. Fukamichi, J. Appl. Phys. 102, 023907 (2007).
Sun et al. unpublished.
S. Fujieda, A. Fujita, K. Fukamichi, Y. Yamazaki, and Y. Iijima, Appl. Phys. Lett. 79, 653 (2001).
A. Fujita, S. Fujieda, K. Fukamichi, Y. Yamazaki, and Y. Iijima, Mater. Trans. 43, 1202–1204 (2002).
A. Fujita, S. Fujieda, Y. Hasegawa, and K. Fukamichi, Phys. Rev. B 67, 104416 (2003).
Y. F. Chen, F. Wang, B. G. Shen, F. X. Hu, Z. H. Cheng, G. J. Wang, and J. R. Sun, Chin. Phys. 11, 741 (2002).
Y. F. Chen, F. Wang, B. G. Shen, F. X. Hu, J. R. Sun, G. J. Wang, and Z. H. Cheng, J. Phys.: Condens. Matter 15, L161–L167 (2003).
Z. X. Tang, X. H. Deng, G. C. Hadjipanayis, V. Papaefthymiou and D. J. Sellmyer, IEEE Trans. Magn. 29, 2839 (1993).
J. P. Liu, N. Tang, F. R. de Boer, P. F. de Chatel, and K. H. J. Buschow, J. Magn. Magn. Mater. 140–144, 1035 (1995).
O. Moze, W. Kockelmann, J. P. Liu, F. R. de Boer, and K. H. J. Buschow, J. Magn. Magn. Mater. 195, 391 (1999).
O. Moze, W. Kockelmann, J. P. Liu, F. R. de Boer, and K. H. J. Buschow, J. Appl. Phys. 87, 5284 (2000).
K. Irisawa, A. Fujita, K. Fukamichi, Y. Yamazaki, Y. Iijima, and E. Matsubara, J. Alloys Comp. 316, 70 (2001).
S. Fujieda, A. Fujita, K. Fukamichi, Y. Yamazaki, and Y. Iijima, Appl. Phys. Lett. 79, 653 (2001).
K. Fukamichi, A. Fujita, and S. Fujieda, J. Alloys Comp. 408–412, 307 (2006).
S. Fujieda, A. Fujita, and K. Fukamichi, J. Appl. Phys. 102, 023907 (2007).
F. Wang, Magnetic and magnetocaloric properties of NaZn 13-type La(Fe,M)13 intermetallics, Ph.D. thesis, Institute of Physics of Chinese Academy of Sciences, 2004.
Y. F. Chen, F. Wang, B. G. Shen, F. X. Hu, J. R. Sun, G. J. Wang, and Z. H. Cheng, J. Appl. Phys. 93, 1323 (2003).
L. Jia, J. R. Sun, J. Shen, B. Gao, T. Y. Zhao, H. W. Zhang, F. X. Hu, and B. G. Shen (unpublished).
J. Shen, B. Gao, H. W. Zhang, F. X. Hu, Y. X. Li, J. R. Sun, and B. G. Shen, Appl. Phys. Lett. 91, 142504 (2007).
X. X. Zhang, G. H. Wen, F. W. Wang, W. H. Wang, C. H. Yu, and G. H. Wu, Appl. Phys. Lett. 77, 3072 (2000).
A. O. Pecharsky, K. A. Gschneidner Jr., V. K. Pecharsky, and C. E. Schindler, J. Alloys Comp. 338, 126 (2002).
V. K. Pecharsky, A. O. Pecharsky, and K. A. Gschneidner Jr., J. Alloys Comp. 344, 362 (2002).
A. O. Pecharsky, K. A. Gschneidner Jr., and V. K. Pecharsky, J. Magn. Magn. Mater. 267, 60 (2003).
Y. Zhuo, R. Chahine, and T. K. Bose, IEEE Trans. Magn. 39, 3358 (2003).
A. Giguìere, M. Foldeaki, B. R. Gopal, R. Chahine, T. K. Bose, A. Frydman, and J. A. Barclay, Phys. Rev. Lett. 83, 2262 (1999).
K. A. Gschneidner Jr., V. K. Pecharsky, E. BrĂĽck, H. G. M. Duijn, and E. M. Levin, Phys. Rev. Lett. 85, 4190 (2000).
K. A. Gschneidner Jr., V. K. Pecharsky, and A. O. Tsokoll, Rep. Prog. Phys. 68, 1479 (2005).
F. Holtzberg, R. J. Gambino, T. R. McGuire, J. Phys. Chem. Solids, 28, 2283 (1967).
A. O. Pecharsky, K. A. Gschneidner Jr., and V. K. Pecharsky, J. Appl. Phys. 93, 4722 (2003).
V. K. Pecharsky and K. A. Gschneidner Jr., J. Magn. Magn. Mater. 167, L179 (1997).
E. M. Levina, K. A. Gschneidner Jr., and V. K. Pecharsky, J. Magn. Magn. Mater. 231 (2001) 135.
O. Tegus, E. Bruck, L. Zhang, Dagula, K. H. J. Buschow, and F. R. de Boer, Physica B 319 (2002) 174.
H. Tang, A. O. Pecharsky, D. L. Schlagel, T. A. Lograsso, V. K. Pecharsky, and K. A. Gschneidner Jr., J. Appl. Phys. 93, 8298 (2003).
V. Provenzano, A. J. Shapiro, and R. D. Shull, Nature 429, 853 (2004).
L. Morellon, Z. Arnold, C. Magen, C. Ritter, O. Prokhnenko, Y. Skorokhod, P. A. Algarabel, M. R. Ibarra, and J. Kamarad, Phys. Rev. Lett. 93, 137201 (2004).
P. J. Webster, Contemp. Phys. 10, 559 (1969).
F. X. Hu, B. G. Shen, and J. R. Sun, Appl. Phys. Lett. 76, 3460 (2000).
F. X. Hu, B. G. Shen, J. R. Sun, and G. H. Wu, Phys. Rev. B 64, 132412 (2001).
F. X. Hu, J. R. Sun, G. H. Wu, and B. G. Shen, J. Appl. Phys. 90, 5216 (2001).
J. Marcos, L. Mañosa, A. Planes, F. Casanova, X. Batlle, and A. Labarta, Phys. Rev. B 68, 094401 (2003).
F. Albertini, F. Canepa, S. Cirafici, E. A. Franceschi, M. Napoletano, A. Paoluzi, L. Pareti, and M. Solzi, J. Magn. Magn. Mater. 272–276, 2111 (2004).
X. Zhou, W. Li, H. P. Kunkel, and G. Williams, J. Phys.: Condens. Matter 16, L39 (2004).
S. Stadler, M. Khan, J. Mitchell, N. Ali, A. M. Gomes, I. Dubenko, A. Y. Takeuchi, and A. P. GuimarĂŁes, Appl. Phys. Lett. 88, 192511 (2006).
M. Pasquale, C. P. Sasso, L. H. Lewis, L. Giudici, T. Lograsso, and D. Schlagel, Phys. Rev. B 72, 094435 (2005).
T. Krenke, E. Duman, M. Acet, E. F. Wassermann, X. Moya, L. Mañosa, and A. Planes, Nat. Mater. 4, 450 (2005).
R. Kainuma, Y. Imano, W. Ito, Y. Sutou, H. Morito, S. Okamoto, O. Kitakami, K. Oikawa, A. Fujita, T. Kanomata, and K. Ishida, Nature 439, 957 (2006).
Z. D. Han, D. H. Wang, C. L. Zhang, H. C. Xuan, B. X. Gu, and Y. W. Du, Appl. Phys. Lett. 90, 042507 (2007).
T. Krenke, E. Duman, M. Acet, and E. F. Wassermann, X. Moya, L. Mañosa, A. Planes, E. Suard, and Bachir Ouladdiaf, Phys. Rev. B 75, 104414 (2007).
X. Moya, L. Mañosa, A. Planes, S. Aksoy, M. Acet, E. F. Wassermann, and T. Krenke, Phys. Rev. B 75, 184412 (2007).
C. Guillaud, J. Phys. Radium 12, 223 (1951).
H. Wada, T. Morikawaa, K. Taniguchia, T. Shibatab, Y. Yamadab, and Y. Akishige, Physica B 328, 114 (2003).
O. Tegus, E. BrĂĽck, K. H. J. Buschow, and F. R. de Boer, Nature 415, 150 (2002).
O. Tegus, E. BrĂĽck, L. Zhang, Dagula, K. H. J. Buschow, and F. R. de Boer, Physica B 319, 174 (2002).
M.-H. Phana and S.-C. Yub, J. Magn. Magn. Mater. 308, 325 (2007).
T. Tohei, H. Wada, and T. Kanomata, J. Appl. Phys. 94, 1800 (2003).
A. Fujita, S. Koiwai, S. Fujieda, K. Fukamichi, T. Kobayashi, H. Tsuji, S. Kaji, and A. T. Saito, Jpn. J. Appl. Phys. Pt. 2, 46, L154 (2007).
Acknowledgments
The authors wish to thank Mrs. Jia Lin for her assistant in preparing part of the figures.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2009 Springer Science+Business Media, LLC
About this chapter
Cite this chapter
Sun, J., Shen, B., Hu, F. (2009). Magnetocaloric Effect and Materials. In: Liu, J., Fullerton, E., Gutfleisch, O., Sellmyer, D. (eds) Nanoscale Magnetic Materials and Applications. Springer, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-0-387-85600-1_15
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-0-387-85600-1_15
Published:
Publisher Name: Springer, Boston, MA
Print ISBN: 978-0-387-85598-1
Online ISBN: 978-0-387-85600-1
eBook Packages: EngineeringEngineering (R0)