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産業技術総合研究所(産総研)は10月27日、反強磁性体と呼ばれる外部に磁力を出さない磁性材料を用いて、圧力により磁性を制御して室温で吸熱・放熱を制御する技術を開発し、さらに、反強磁性に固有の性質が熱変化を増大することを発見したと発表した。

同成果は、同所 グリーン磁性材料研究センター 材料解析・開発チームの藤田麻哉研究チーム長によるもの。東北大学 工学研究科の松波大地大学院生、狩野みか博士研究員、名古屋大学 工学研究科の竹中康司教授らと共同で行われた。詳細は、英国科学誌「Nature Materials」オンライン版に掲載された。

磁気による熱変化(磁気熱量効果)を用いたノンフロン・省エネルギーの磁気冷凍技術が期待されていたが、磁気の乱れ(エントロピー)の変化による吸熱・放熱を利用するので、これまではNS極をもつ強磁性体という材料に磁場をかける方式に限られていた。今回、磁場の替わりに圧力を使って、磁極のない反磁性体から熱変化が得られた。具体的には、反強磁性状態のMn3GaN(窒化マンガン・ガリウム)に小型油圧機器で発生可能な100MPa程度の圧力をかけたところ、常磁性体に変化し大きな吸熱、すなわち冷熱の発生が確認された。また、Mn3GaNでは、反強磁性体の特徴である磁気構造と原子構造の不整合(フラストレーション)が生じるが、これが相転移に伴う吸熱・放熱の発生量を増幅していることを発見したという。

今後は、圧力熱量効果を効果的に利用できるデバイスのデザインを構築していく。特に、環境にやさしい磁気冷凍へ応用する際、精密電子機器に隣接した用途など磁場以外の利用が好ましい場合に対応できるように、強磁性磁気冷凍と相補的な利用を検討していく予定とコメントしている。

(日野雄太)