HoAl2实现磁制冷新突破？新一代激光浮区法单晶炉及单晶定向系统提供关键支持！
发布日期：2024-04-11
磁热效应是指在绝热条件下，磁性材料由外部磁场控制而产生温度变化的热力学现象。相比于传统气体压缩制冷技术，基于磁热效应的磁制冷技术因其具有环境友好和高效节能的潜力，是一种新型绿色的替代技术，具有广泛的应用前景。因此，设计出具有高效磁热效应的材料成为了实现磁制冷技术实际应用的关键。
最近，一种与超导磁体相结合的主动磁性再生制冷机被开发出来，并成功地液化了氢气[1]。这项技术为利用新型磁制冷技术进行氢液化开辟了一扇新的窗口，超越了传统气体压缩/膨胀技术的局限。在这项研究中，HoAl2因为其在氢液化温度附近具有较大的磁熵变化，被用作了磁性制冷剂。近期，日本国立材料科学研究所的Naoki Kikugawa等人[2]创新性的通过新一代激光浮区法单晶炉生长了长度50 mm的HoAl2单晶，并对该单晶样品的比热、磁化率、等温磁化强度和热膨胀等物理性能进行了测量和研究。此外，作者还通过磁熵变化评估了磁热效应，并研究了沿主轴（[100]、[110]和[111]）方向的各向异性物理性质。相关成果以《Single-Crystal Growth of a Cubic Laves-Phase Ferromagnet HoAl2 by a Laser Floating-Zone Method》为题发表在Crystals 上（https://doi.org/10.3390/cryst13050760）。
文章中生长HoAl2单晶所采用的设备为Quantum Design Japan公司推出的型号为LFZ-2KW的新一代激光浮区法单晶炉，文中提及的相关晶体生长参数为：
1）样品原料名义组分优化为：Ho：Al=1:2.5。过量的Al用于补偿晶体生长过程中的挥发损耗。
2）气氛：Ar（96%）和H2（4%）混合气体。
3）气体流速和压强：1 L/min, 0.3MPa
4）晶体生长速度：5 mm/hour
5）晶体生长转速：10 rpm
文章中HoAl2单晶定向研究所采用的设备为日本Pulstec公司推出的型号为s-Laue的新一代单晶定向系统。
图片引自[1]
新一代高性能激光浮区法单晶炉
Quantum Design Japan公司推出的新一代高性能激光浮区法单晶炉（型号：LFZ-2kW）传承日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念，具有更高功率、更加均匀的能量分布和更加稳定的性能，将浮区法晶体生长技术推向一个全新的高度！
新一代高性能激光浮区法单晶炉适用于凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域相关单晶材料制备，尤其适合高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作。
新一代激光浮区法单晶炉较传统设备的技术优势：
► 采用全新五束激光设计，确保熔区能量分布更加均匀
► 更加科学的激光光斑优化方案，有助于降低晶体生长过程中的热应力
► 采用特殊的实时温度集成控制系统
新一代高性能激光浮区法单晶炉
新一代X射线单晶定向系统
日本Pulstec公司推出的新一代X射线单晶定向系统s-Laue，是一款基于圆形全二维面探测器技术。该设备配备六轴样品台，具有功率小（30KV/1.5mA,因此辐射小）、操作简单、测试效率高（典型X射线曝光时间为15秒）等特点，可提供台式、便携式(即将发布，敬请期待)两种类型设备，既可满足实验室对小样品进行单晶定向的需求，也可以用于大型零件的现场晶体定向。
应用领域：
可广泛应用于超导、铁电、铁磁、热电、介电、半导体、光学等物理、化学、材料相关学科的晶体定向。
新一代X射线单晶定向系统s-Laue
参考文献：
[1] Kamiya, K.; Matsumoto, K.; Numazawa, T.; Masuyama, S.; Takeya, H.; Saito, A.T.; Kumazawa, N.; Futatsuka, K.; Matsunaga, K.; Shirai, T.; et al. Active Magnetic Regenerative Refrigeration Using Superconducting Solenoid for Hydrogen Liquefaction. Appl. Phys. Express 2022, 15, 053001
[2] Kikugawa, N.; Kato, T.; Hayashi, M.; Yamaguchi, H. Single-Crystal Growth of a Cubic Laves-Phase Ferromagnet HoAl2 by a Laser Floating-Zone Method. Crystals 2023, 13, 760
