Magnetocaloric effect in different materials: fundamental and applied aspects
Différents matériaux à effet magnétocalorique : Aspects fondamentaux et applicatifs
Résumé
This thesis reports on the study of several materials -mainly oxides- with the aim of applications in magnetic refrigeration (MR). Four main aspects were addressed: (1) Research of materials with high magnetocaloric effect (MCE), (2) MCE physics and its experimental characterizations, (3) production of material for direct tests in a MR device at room temperature, and (4) additional studies beyond the scope of MR. (1) The A-site ordering in manganites (R1-xAExMnO3) or their incorporation in super-lattices were found to be new ways to adjust the MCE around room temperature. As an example of a first-order transition (FOT), we investigated the case of Eu0.58Sr0.42MnO3 which led to an intense MCE, as expected. Significant MCEs were also measured around the second-order ferrimagnetic transition in Mn3O4, and around a spin and valence states transition in Pr0.49Sm0.21Ca0.3CoO3. The existence of giant MCE was confirmed in the Heusler alloy Ni45Co5Mn37.5In12.5 by heat capacity measurements. (2) Some controversies about the MCE determination by magnetic and calorimetric methods were addressed in detail. Special attention was paid to the case of FOTs when they exhibit phenomena such as phase separation and/or magneto-thermal history. (3) Two systems (La1-xKxMnO3 and Pr1-xSrxMnO3) were investigated for applications at room temperature. Preliminary results are reported on a regenerator constituted of Pr0.65Sr0.35MnO3 plates. (4) Peculiar phenomena encountered in Mn3O4 (a new transition below TC), in Pr0.49Sm0.21Ca0.3CoO3 (a coupling between valence and spin states transitions) or Eu0.58Sr0.42MnO3 (spin-glass state) were the subject of dedicated studies.
Cette thèse est consacrée à l'étude de différents matériaux -en priorité des oxydes- pour la réfrigération magnétique (RM). Les travaux se sont articulés autour de quatre axes : (1) la recherche de matériaux à fort effet magnétocalorique (EMC), (2) la physique de l'EMC et ses caractérisations, (3) la production de matériau pour des tests directs à l'ambiante, et (4) quelques prolongements hors du cadre de la RM. (1) La mise en ordre du site A des manganites (R1-xAExMnO3) ou leur utilisation dans des superréseaux se sont révélées être de nouveaux modes d'ajustement de l'EMC autour de la température ambiante. Autour d'une transition de premier ordre (TPO), il a été observé un EMC intense dans Eu0.58Sr0.42MnO3. Des EMC significatifs ont aussi été mesurés autour d'une transition ferrimagnétique dans Mn3O4, ou autour d'une transition inédite de spin et de valence dans Pr0.49Sm0.21Ca0.3CoO3. L'existence d'un EMC géant a été confirmée dans Ni45Co5Mn37.5In12.5 par mesures de capacité calorifique. (2) Des questions sur la détermination de l'EMC par les méthodes magnétiques mais aussi calorimétriques ont fait l'objet d'études détaillées, en particulier dans le cas des TPO impliquant des phénomènes de séparation de phases et d'histoire magnéto-thermique. (3) Deux systèmes La1-xKxMnO3 et Pr1-xSrxMnO3 ont été étudiés pour des applications à l'ambiante. Des premiers résultats sont rapportés sur un régénérateur en plaques de Pr0.65Sr0.35MnO3. (4) Des phénomènes spécifiques dans Mn3O4 (nouvelle transition en dessous de Tc), dans Pr0.49Sm0.21Ca0.3CoO3 (transition couplée de valence et de spin) ou dans Eu0.58Sr0.42MnO3 (état verre de spin) ont fait l'objet d'études complémentaires.
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