Fakultät für Physik

Magnetische Kühlung

Zwei Fliegen mit einer Klappe kann man erwischen, wenn man mit magnetischen Festkörpern kühlt,  statt wie üblich Gase zu komprimieren und wieder expandieren zu lassen. Bei der Festkörperkühlung vermeidet man einerseits klimaschädliche Gase, andererseits hat der magnetokalorische Effekt, der dabei genutzt wird, eine wesentlich höhere Effektivität – hilft also beim Energiesparen.

Die Idee dabei ist es, Spinmomente im Festkörper durch ein magnetisches Feld auszurichten. Dabei erwärmt sich der Festkörper – diese Wärme wird beim konventionellen Kühlschrank nach außen abgegeben. Schaltet man das Magnetfeld ab, richten sich die Spinmomente wieder zufällig aus, wobei sich der Festkörper abkühlt. Das ist analog zur Abkühlung des expandierenden Gases beim üblichen Kühlen.

Ein vielversprechendes Materialsystem für die Anwendung ist La(FeSi)13, das solch einen magnetokalorischen Effekt in signifikanter Größe besitzt. Dieser beruht – wie nun gezeigt – auf einem komplexen Zusammenspiel zwischen Magnetismus, Gitterstruktur und elektronischer Struktur. Dazu haben Mitglieder der Arbeitsgruppe von Prof. Wende zusammen mit Dr. Markus Gruner und anderen Wissenschaftlern Experimente und numerische Berechnungen durchgeführt, die direkte Hinweise auf eine enge Kopplung und den zugrunde liegenden mikroskopischen Mechanismus liefern. Die Ergebnisse wurden in der angesehenen Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Für das Projekt haben die Forscher*innen der UDE innerhalb des Schwerpunktprogrammes 1599 „Ferroic Cooling“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit Kolleg*innen der TU Darmstadt zusammengearbeitet.