独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长中钵良二]（以下简称“AIST”）绿色磁性材料研究中心[研究中心主任Kimihiro Ozaki]材料分析与开发团队Maya Fujita研究团队领导者为东北大学[校长Satomi Susumu]（以下简称“东北大学”）工学研究科松波大地，博士后研究员Mika Kano，国立大学法人名古屋大学[校长Michinari Hamaguchi]（以下简称“名古屋大学”）竹中工学研究科与靖教授反铁磁性我们开发了一种技术，通过使用称为不向外界发射磁力的材料的磁性材料，通过压力控制磁性来控制室温下的吸热和辐射。此外，他们发现反铁磁性的固有特性会增加热变化。
磁性引起的热变化 (磁热效应)的无氟节能磁制冷技术是人们所期望的，但是磁干扰(熵)变化引起的热吸收和热辐射，到目前为止，它仅限于对具有NS极的铁磁材料施加磁场的方法。这次，研究人员能够利用压力而不是磁场来获得无磁极的反磁性材料的热变化，这为磁制冷技术新材料的开发带来了希望。
有关这项技术的详细信息，请参阅《英国科学杂志》自然材料2014年10月27日（日本时间）。
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与磁力控制相关的热量效应示意图
a。用磁场控制铁磁性（传统型） b．用压力控制反铁磁性（这次） |
传统的制冷技术利用这样的现象：制冷剂在室内（冰箱内）蒸发时吸收汽化热，而气态制冷剂被压缩机压缩并在室外（冰箱外）恢复为液态时释放液化热（图1）。用作制冷剂的碳氟化合物气体的环境负担（例如臭氧层消耗和全球变暖潜力）已成为一个问题，但由于效率和安全等问题，开发气体制冷剂来替代碳氟化合物并不容易，因此不使用气体的固态制冷技术引起了人们的关注。特别是利用磁性材料磁场引起的热变化的磁制冷，由于不仅不需要气态制冷剂，而且有望具有高制冷效率，因此有望投入实际应用。此前，人们已经研究过利用磁场控制发出外磁的铁磁材料的方法，但它们只能用于在室温下冷冻。一阶相变的磁性材料
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| 图1气体制冷剂制冷示意图 |
AIST以开发有助于解决环境问题的绿色磁性材料为目标，一直致力于磁热材料的开发，以实现高效、紧凑的磁制冷系统。在磁热材料方面，我们自主研发的材料目前被世界各地的研究团体和公司公认为最实用的材料。
在与该研究共同进行的名古屋大学，这次使用的是 Mn3我们一直从基础物理性质和应用方面对GaN（氮化锰镓）金属间化合物的磁性与体积的关系进行详细研究，拥有前沿知识。在东北大学，它是磁力的基础电子自旋的功能进行了领先的研究及其在材料中的作用。
这次，三方没有使用磁场，而是着眼于与压力引起的磁性变化相关的吸热和放热，并进行了从反铁磁体中提取热变化的研究，而反铁磁体对磁场的响应较小，迄今为止一直没有成为开发的主题。
锰3称为GaN的尼尔温度转变温度接近室温（17℃），在此温度下由低温反铁磁材料转变为磁性消失的高温顺磁材料。这种变化是一种称为一阶相变的快速变化，其中原子磁体的 NS 极从对齐状态转变为随机状态，称为磁矩。此时，代表状态无序度的熵发生不连续变化，整个样品中出现称为潜热（相当于水的汽化热）的自发热变化（图2）。
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| 图 2 由于磁序变化导致的熵（热）变化 |
在反铁磁材料中，相邻原子磁体的NS极彼此反平行排列，因此外部不会出现磁性，并且不能像平行排列的铁磁材料（磁性材料）那样通过磁场控制磁性。然而，由于一级相变而产生的潜热作为磁热材料具有很大的吸引力。因此，我们重点关注压力作为磁场以外的控制磁性的方法。到目前为止，还没有观察到反铁磁材料在室温附近发生一级相变而产生的压力-热量效应，但这一次，我们观察到了反铁磁状态的Mn。3当我们对小型液压设备可以产生的GaN施加约100 MPa（1000个大气压）的压力时，它变成了顺磁性材料，并且实际上吸收了大量的热量（每公斤样品6千焦耳），即产生冷热。另外，锰3在GaN中，磁结构与原子结构之间的不匹配，这是反铁磁材料的一个特性：沮丧（图 3）发生，我们发现这放大了与相变相关的吸热量和放热量。铁磁材料不会发生挫败，因此反铁磁体的压热效应因挫败而放大的现象有望大大拓展未来磁热材料发展的范围。
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| 图3 原子结构和磁结构之间的匹配/不匹配（挫败） |
未来，我们将创造一种可以有效利用压力热效应的装置设计。特别是，在应用环保型磁制冷时，我们计划研究与铁磁磁制冷的互补用途，以便将其用于优选使用磁场以外的场的情况，例如精密电子设备附近的应用。