Resumen de Giant caloric and multicaloric effects in magnetic alloys
La necesidad urgente de reducir nuestra huella en el clima se está materializando en compromisos globales para disminuir la emisión de gases de efecto invernadero que cada vez son más estrictos, representado hoy en día uno de los mayores retos que la humanidad debe afrontar. Como consecuencia directa, fundamental desarrollar nuevas tecnologías de refrigeración que sean eficientes y respetuosas con el medio ambiente. En este sentido, entre las mejores alternativas se encuentran los refrigerantes en estado sólido basados en materiales que presentan una gran respuesta térmica cuando se induce una transición de fase ferroica mediante un campo externo. En concreto, son de especial interés los materiales que presentan una transición de fase de primer orden, debido a que el calor latente asociado a la transición de fase incrementa la magnitud de la respuesta térmica. Dependiendo de la naturaleza del campo externo que se utilice para inducir la transición de fase, se distingue entre los efectos magnetocalórico, electrocalórico, elastocalórico o barocalórico. A pesar de los grandes esfuerzos dedicados en el estudio de los distintos efectos calóricos, hay una serie de obstáculos a superar. En primer lugar, se necesitan campos intensos para inducir una gran respuesta térmica. En segundo lugar, la histéresis asociada a la transición de fase puede reducir drásticamente su eficiencia y comprometer la reversibilidad del efecto calórico. Una posible salida a estos problemas puede venir dada por los materiales que presentan un acoplamiento fuerte entre los grados de libertad estructural, magnético o electrónico, llamados materiales multicalóricos, ya que permiten que su transición de fase se induzca mediante la combinación de diversos campos externos, dando lugar a los llamados efectos multicalóricos. A pesar del alto potencial que presentan a la hora de abordar algunas de las carencias que se han puesto de manifiesto en los diversos efectos calóricos, el interés en su investigación es muy reciente ya que requiere el uso de sistemas experimentales no comerciales. En esta tesis, nos hemos centrado en el estudio de materiales que presentan transiciones magnetoestructurales de primer orden con un fuerte acoplamiento entre los grados de libertad magnético y estructural. Con este propósito, hemos utilizado varios dispositivos experimentales diseñados ad hoc que permiten realizar medidas calorimétricas o termométricas bajo la influencia de campo magnético y esfuerzo uniaxial para caracterizar sus efectos calóricos y multicalóricos mediante métodos directos. Nos hemos centrado en dos familias de materiales multicalóricos: Fe-Rh y aleaciones tipo Heusler de base Ni-Mn. La investigación llevada a cabo se ha centrado en caracterizar minuciosamente las distintas ventajas que presentan los efectos multicalóricos: demostrando que requieren campos de menor intensidad para inducir una respuesta térmica grande, que permiten ampliar el rango de temperatura de trabajo de los materiales o que proporcionan estrategias para controlar o incluso aprovechar la histéresis asociada a la transición de fase.
