Advertisement

Molecule-Based Magnetic Coolers: Measurement, Design and Application

Chapter
Part of the NanoScience and Technology book series (NANO)

Abstract

The recent progress in molecule-based magnetic materials exhibiting a large magnetocaloric effect at liquid-helium temperatures is reviewed. The experimental methods for the characterization of this phenomenon are described. Theory and examples are presented with the aim of identifying those parameters to be addressed for improving the design of new refrigerants belonging to this class of materials. Advanced applications and future perspectives are also discussed.

Keywords

Magnetocaloric Effect Magnetic Entropy Change Magnetic Refrigeration Gadolinium Gallium Garnet Specific Heat Data 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Notes

Acknowledgements

This work would not have been possible without the contribution of, in alphabetical order: E.K. Brechin, A. Camón, D. Collison, E. Coronado, L.J. de Jongh, G. Lorusso, F. Luis, E.J.L. McInnes, E. Palacios, O. Roubeau, D. Ruiz-Molina and R. Sessoli. Financial support by the Spanish MINECO through grant MAT2012-38318-C03-01 is acknowledged.

References

  1. 1.
    E. Warburg, Ann. Phys. 13, 141 (1881) CrossRefzbMATHGoogle Scholar
  2. 2.
    P. Weiss, A. Piccard, Compt. Rend. Ac. Sc. 166, 352 (1918) Google Scholar
  3. 3.
    P. Debye, Ann. Phys. 81, 1154 (1926) CrossRefzbMATHGoogle Scholar
  4. 4.
    W.F. Giauque, J. Am. Chem. Soc. 49, 1864 (1927) CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    W.F. Giauque, D.P. MacDougall, Phys. Rev. 43, 768 (1933) ADSCrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    R.P. Hudson, Principles and Application of Magnetic Cooling (North-Holland, Amsterdam, 1972) Google Scholar
  7. 7.
    F. Pobell, Matter and Methods at Low Temperatures, 3rd edn. (Springer, Berlin, 2007) CrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Yu.I. Spichkin, A.K. Zvezdin, S.P. Gubin, A.S. Mischenko, A.M. Tishin, J. Phys. D, Appl. Phys. 34, 1162 (2001) ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    F. Torres, J.M. Hernández, X. Bohigas, J. Tejada, Appl. Phys. Lett. 77, 3248 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    M. Affronte, A. Ghirri, S. Carretta, G. Amoretti, S. Piligkos, G.A. Timco, R.E.P. Winpenny, Appl. Phys. Lett. 84, 3468 (2004) ADSCrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    M. Evangelisti, A. Candini, A. Ghirri, M. Affronte, E.K. Brechin, E.J.L. McInnes, Appl. Phys. Lett. 87, 072504 (2005) ADSCrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    M. Evangelisti, A. Candini, A. Ghirri, M. Affronte, S. Piligkos, E.K. Brechin, E.J.L. McInnes, Polyhedron 24, 2573 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    R. Shaw, R.H. Laye, L.F. Jones, D.M. Low, C. Talbot-Eeckelaers, Q. Wei, C.J. Milios, S. Teat, M. Helliwell, J. Raftery, M. Evangelisti, M. Affronte, D. Collison, E.K. Brechin, E.J. McInnes, Inorg. Chem. 46, 4968 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    E. Manuel, M. Evangelisti, M. Affronte, M. Okubo, C. Train, M. Verdaguer, Phys. Rev. B 73, 172406 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    M. Evangelisti, E. Manuel, M. Affronte, M. Okubo, C. Train, M. Verdaguer, J. Magn. Magn. Mater. 316, e569 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    M. Manoli, R.D.L. Johnstone, S. Parsons, M. Murrie, M. Affronte, M. Evangelisti, E.K. Brechin, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 46, 4456 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    M. Manoli, A. Collins, S. Parsons, A. Candini, M. Evangelisti, E.K. Brechin, J. Am. Chem. Soc. 130, 11129 (2008) CrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    G. Karotsis, M. Evangelisti, S.J. Dalgarno, E.K. Brechin, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 48, 9928 (2009) CrossRefGoogle Scholar
  19. 19.
    G. Karotsis, S. Kennedy, S.J. Teat, C.M. Beavers, D.A. Fowler, J.J. Morales, M. Evangelisti, S.J. Dalgarno, E.K. Brechin, J. Am. Chem. Soc. 132, 12983 (2010) CrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    M. Evangelisti, A. Candini, M. Affronte, E. Pasca, L.J. de Jongh, R.T.W. Scott, E.K. Brechin, Phys. Rev. B 79, 104414 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    L. Sedláková, J. Hanko, A. Orendčov, M. Orendáč, C.L. Zhou, W.H. Zhu, B.W. Wang, Z.M. Wang, S. Gao, J. Alloys Compd. 487, 425 (2009) CrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    S. Nayak, M. Evangelisti, A.K. Powell, J. Reedijk, Eur. J. Chem. 16, 12865 (2010) CrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    J.W. Sharples, Y.Z. Zheng, F. Tuna, E.J. McInnes, D. Collison, Chem. Commun. 47, 7650 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    J.-L. Liu, J.-D. Leng, Z. Lin, M.-L. Tong, Asian J. Chem. 6, 1007 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    Y.Z. Zheng, M. Evangelisti, R.E.P. Winpenny, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 50, 3692 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  26. 26.
    J.B. Peng, Q.C. Zhang, X.J. Kong, Y.P. Ren, L.S. Long, R.B. Huang, L.S. Zheng, Z.P. Zheng, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 50, 10649 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  27. 27.
    M. Evangelisti, O. Roubeau, E. Palacios, A. Camón, T.N. Hooper, E.K. Brechin, J.J. Alonso, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 50, 6606 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    G. Lorusso, M. Jenkins, P. González-Monje, A. Arauzo, J. Sesé, D. Ruiz-Molina, O. Roubeau, M. Evangelisti, Adv. Mater. 25, 2984 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    S.K. Langley, N.F. Chilton, B. Moubaraki, T. Hooper, E.K. Brechin, M. Evangelisti, K.S. Murray, Chem. Sci. 2, 1166 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  30. 30.
    A. Hosoi, Y. Yukawa, S. Igarashi, S.J. Teat, O. Roubeau, M. Evangelisti, E. Cremades, E. Ruiz, L.A. Barrios, G. Aromí, Eur. J. Chem. 17, 8264 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  31. 31.
    Y.Z. Zheng, M. Evangelisti, R.E.P. Winpenny, Chem. Sci. 2, 99 (2011) CrossRefGoogle Scholar
  32. 32.
    F.S. Guo, J.D. Leng, J.L. Liu, Z.S. Meng, M.L. Tong, Inorg. Chem. 51, 405 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  33. 33.
    Y.Z. Zheng, M. Evangelisti, F. Tuna, R.E.P. Winpenny, J. Am. Chem. Soc. 134, 1057 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  34. 34.
    E. Cremades, S. Gomez-Coca, D. Aravena, S. Alvarez, E. Ruiz, J. Am. Chem. Soc. 134, 10532 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  35. 35.
    J.D. Leng, J.L. Liu, M.L. Tong, Chem. Commun. 48, 5286 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  36. 36.
    M.-J. Martínez-Pérez, O. Montero, M. Evangelisti, F. Luis, J. Sesé, S. Cardona-Serra, E. Coronado, Adv. Mater. 24, 4301 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  37. 37.
    T.N. Hooper, J. Schnack, S. Piligkos, M. Evangelisti, E.K. Brechin, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 51, 4633 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  38. 38.
    P.-F. Shi, Y.-Z. Zheng, X.-Q. Zhao, G. Xiong, B. Zhao, F.-F. Wan, P. Cheng, Eur. J. Chem. 18, 15086 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  39. 39.
    T. Birk, K.S. Pedersen, C.Aa. Thuesen, T. Weyhermüller, M. Schau-Magnussen, S. Piligkos, H. Weihe, S. Mossin, M. Evangelisti, J. Bendix, Inorg. Chem. 51, 5435 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  40. 40.
    C.Aa. Thuesen, K.S. Pedersen, M. Schau-Magnussen, M. Evangelisti, J. Vibenholt, S. Piligkos, H. Weihea, J. Bendix, Dalton Trans. 41, 11284 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  41. 41.
    J.-B. Peng, Q.-C. Zhang, X.-J. Kong, Y.-Z. Zheng, Y.-P. Ren, L.-S. Long, R.-B. Huang, L.-S. Zheng, Z. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 134, 3314 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  42. 42.
    G. Lorusso, M.A. Palacios, G.S. Nichol, E.K. Brechin, O. Roubeau, M. Evangelisti, Chem. Commun. 48, 7592 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  43. 43.
    F.-S. Guo, Y.-C. Chen, J.-L. Liu, J.-D. Leng, Z.-S. Meng, P. Vrábel, M. Orendáč, M.-L. Tong, Chem. Commun. 48, 12219 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  44. 44.
    A.S. Dinca, A. Ghirri, A.M. Madalan, M. Affronte, M. Andruh, Inorg. Chem. 51, 3935 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  45. 45.
    R. Sibille, T. Mazet, B. Malaman, T. Gaudisson, M. François, Inorg. Chem. 51, 2885 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  46. 46.
    M. Fitta, M. Balanda, M. Mihalik, R. Pelka, D. Pinkowicz, B. Sieklucka, M. Zentkova, J. Phys. Condens. Matter 24, 506002 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  47. 47.
    R. Sibille, T. Mazet, B. Malaman, M. François, Eur. J. Chem. 18, 12970 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  48. 48.
    Y. Zheng, Q.-C. Zhang, L.-S. Long, R.-B. Huang, A. Müller, J. Schnack, L.-S. Zhenga, Z. Zhenga, Chem. Commun. 49, 36 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  49. 49.
    I.A. Gass, E.K. Brechin, M. Evangelisti, Polyhedron 52, 1177 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  50. 50.
    L.-X. Chang, G. Xiong, L. Wang, P. Cheng, B. Zhao, Chem. Commun. 49, 1055 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  51. 51.
    Z.-Y. Li, J. Zhu, X.-Q. Wang, J. Ni, J.-J. Zhang, S.-Q. Liu, C.-Y. Duan, Dalton Trans. 42, 5711 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  52. 52.
    E.M. Pineda, F. Tuna, R.G. Pritchard, A.C. Regan, R.E.P. Winpenny, E.J.L. McInnes, Chem. Commun. 49, 3522 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  53. 53.
    G. Lorusso, J.W. Sharples, E. Palacios, O. Roubeau, E.K. Brechin, R. Sessoli, A. Rossin, F. Tuna, E.J.L. McInnes, D. Collison, M. Evangelisti, Adv. Mater. 25, 4653 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  54. 54.
    E. Colacio, J. Ruiz, G. Lorusso, E.K. Brechin, M. Evangelisti, Chem. Commun. 49, 3845 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  55. 55.
    C. Kittel, Introduction to Solid-State Physics, 8th edn. (Wiley, New York, 2005) Google Scholar
  56. 56.
    V.K. Pecharsky, K.A. Geschneidner Jr., J. Appl. Phys. 86, 565 (1999) ADSCrossRefGoogle Scholar
  57. 57.
    V.K. Pecharsky, K.A. Gschneidner Jr., J. Magn. Magn. Mater. 200, 44 (1999) ADSCrossRefGoogle Scholar
  58. 58.
    R.F. Wielinga, J. Lubbers, W.J. Huiskamp, Physica 37, 375 (1967) ADSCrossRefGoogle Scholar
  59. 59.
    B. Daudin, R. Lagnier, B. Salce, J. Magn. Magn. Mater. 27, 315 (1982) ADSCrossRefGoogle Scholar
  60. 60.
    T. Numazawa, K. Kamiya, T. Okano, K. Matsumoto, Physica B 329–333, 1656 (2003) CrossRefGoogle Scholar
  61. 61.
    R.T.W. Scott, S. Parsons, M. Murugesu, W. Wernsdorfer, G. Christou, E.K. Brechin, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 44, 6540 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  62. 62.
    F. Giazotto, T.T. Heikkilä, A. Luukanen, A.M. Savin, J.P. Pekola, Rev. Mod. Phys. 78, 217 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  63. 63.
    J.T. Muhonen, M. Meschke, J.P. Pekola, Rep. Prog. Phys. 75, 046501 (2012) ADSCrossRefGoogle Scholar
  64. 64.
    N. Domingo, E. Bellido, D. Ruiz-Molina, Chem. Soc. Rev. 41, 258 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  65. 65.
    A. Martínez-Otero, P. González-Monje, D. Maspoch, J. Hernando, D. Ruiz-Molina, Chem. Commun. 47, 6864 (2011) CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

Authors and Affiliations

  1. 1.Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón and Departamento de Física de la Materia CondensadaCSIC–Universidad de ZaragozaZaragozaSpain

Personalised recommendations