最先端の固体冷却材料の秘密を解き明かす新研究が冷蔵技術を革新する

Tokyoオークリッジ国立研究所の研究チームが冷却技術において重要な進展を遂げました。彼らは新しい冷却材料を原子レベルで調査し、この材料が食品保存や自動車、電子機器の冷却システムをより効率的にできることを示しました。注目すべきは、この新しい方法が従来の「冷媒」や動く部品を使用しないことです。

科学者たちはニッケル、コバルト、マンガン、インジウムで構成された合金を研究しました。この合金は、温度が上昇したり磁場が加わると形状を変え、元の形に戻る特性を持っています。

この研究についての主なポイントは次の通りです。

• 固体冷却は新興技術です。
• これは環境に優しく、従来の冷媒を使用しません。
• 研究対象の材料は磁気形状記憶合金です。
• 研究は中性子散乱装置を用いて行われました。

合金が磁場にさらされると、その相が変化し、熱を吸収したり放出したりします。これが磁気熱効果と呼ばれ、動く部分を使わない冷却システムに利用されています。ORNLのチームは、この合金の冷却能力が、局所的なマグノン-フォノンハイブリッドモードにおける熱によって3倍に向上することを発見しました。

この合金は、熱を蓄えたり放出したりする能力が高まるフェロイックガラス状態に近いです。材料の小さな領域では、マグノン（スピン波）とフォノン（振動）が相互作用します。これらの領域は局在化ハイブリッドマグノンフォノンモードと呼ばれます。科学者たちは、これらのモードが磁場をかけるとフォノンの振る舞いを変化させ、さらに材料の相安定性にも影響を与えることを発見しました。

関連記事:

昨日 · 20:33

音の魔法: 視覚障がい者向け新たな挑戦

物質は二つの方法で無秩序な状態になることがあり、それはスピングラスとストレイングラスと呼ばれます。スピングラスでは、原子の磁気モーメントがランダムに配置されており、ストレイングラスでは、原子格子はナノメートルスケールで歪んでいます。このような無秩序な状態では、熱が局所的な振動状態に閉じ込められます。磁場を加えることで、その蓄えられた熱を解放することができます。

中性子散乱による研究で、特定の局所的なマグノン-フォノンモードの熱が冷却能力を向上させることが明らかになったと、ORNLの研究リーダーであるマイケル・マンリー氏は説明しています。この発見は、固体冷却材の改善に繋がる可能性があります。

この研究は、DOEの科学局の材料科学工学部によって資金提供を受けました。一部の中性子散乱実験は、ORNLにある高フラックス同位体炉とスパレーション中性子源で行われました。また、国立標準技術研究所も中性子研究施設を提供しました。

この磁気形状記憶合金は効果的に熱を吸収することができ、従来の冷媒や機械部品を必要としない固体冷却を可能にします。研究チームの発見は、冷却技術を向上させる新たな可能性を提供しています。