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Lluís Mañosa Departament ECM. Facultat de Física. Universitat de Barcelona. [email protected] Libertas perfundet omnia lucet

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Lluís MañosaDepartament ECM. Facultat de Física.

Universitat de [email protected]

Libertas perfundet omnia lucet

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Motivation:

Libertas perfundet omnia lucet

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Further (latter) motivation:

Libertas perfundet omnia lucet

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CALORIMETRY

Best suited technique to determine entropy changes at phase transitions?

Second order phase transitions

Adiabatic,Relaxational, AC calorimetry,....

Cp

First-order phase transitions

Libertas perfundet omnia lucet

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CALORIMETRY

Best suited technique to determine entropy changes at phase transitions?

Second order phase transitions

Adiabatic,Relaxational, AC calorimetry,....

Cp

First-order phase transitions

Libertas perfundet omnia lucet

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CALORIMETRY

Best suited technique to determine entropy changes at phase transitions?

Second order phase transitions

Adiabatic,Relaxational, AC calorimetry,....

Cp

First-order phase transitions

Differential Scanning Calorimetry (DSC)

Heat flux dQ/dt

Libertas perfundet omnia lucet

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PURPOSE-BUILT DSC CALORIMETERS

Peltier cells.

Heat absorbed

Heat Rejected

Ther

mo

elec

tric

coo

ler

Hea

tfl

uxm

eter

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A BIT OF HISTORY

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THE

ORIGINS

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Water freezing

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DSCUNDER EXTERNAL FIELDS

MAGNETIC FIELD(Magnetocaloric effect)

ELECTRIC FIELD(Electrocaloric effect)

MECHANICAL FIELD

HYDROSTATIC PRESSURE(Barocaloric effect)

UNIAXIAL STRESS(Elastocaloric effect)

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DSC Calorimetry under constant temperature (T), sweeping field ( Y ): DIRECT METHOD

dQ

/dY

H

S

(J K

-1 k

g-1)

T (K)

Computing caloric effects: Field-induced entropy change

285 290 295 300 305

0

200

400

600

800

dQ/d

T (

mW

/K)

T(K)

T0

TdQ

/dT

T

S

(J K

-1 k

g-1)

T (K)T

DSC Calorimetry under constant field ( Y ), sweeping temperature (T) : QUASI-DIRECT METHOD

S

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DSC WITH MAGNETIC FIELD v1

1 Cu block2 Sensors (thermobatteries)3 Sample4 Reference5 Carbon-glass resistor (T)

16 mm

Marcos et al., Rev. Sci. Inst. 74, 4768 (2003)

T: 10 – 300 K

B: 0 – 5 T

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Gd5(SixGe1-x)4

Casanova et al., Phys. Rev. B. 69, 104416 (2004)

Casanova et al., Appl. Phys. Lett. 86, 262504 (2005)

Gd5(Si0.05Ge0.95)4

Illustrative examples of thermal curves

Isofield, scanning T Isothermal, scanning H

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Pt-100 thermometer

Sample

ThermobatteriesHall probe

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DSC WITH MAGNETIC FIELD v2

v2.0 v2.1

T: 100 – 400 K

B: 0 – 1 T

T: 100 – 400 K

B: 0 – 6 T

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Examples: Reproducibility of ∆S upon field cycling.

Ni51Mn33.4In15.6

Stern-Taulats et al. J. Appl. Phys. 115 (2014) 173907

Stern-Taulats et al. Phys. Rev. B 89 (2014) 214105

Fe49Rh51

H →

0

0 →

H

H →

0

0 →

H

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OTHER (PELTIER CELL) DEVICES

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OTHER (PELTIER CELL) DEVICES

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OTHER DEVICES

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DSC WITH ELECTRIC FIELD

ECuBaTiO3

T: 100 – 400 K

V: 0 – 2kV

Illustrative examples of thermograms

PbSc0.5Ta0.5O3

Isofield, scanning T Isothermal, scanning E

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Examples

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OTHER DSC WITH ELECTRIC FIELD

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“DSC” (DTA) WITH HYDROSTATIC PRESSURE

(J.L. Tamarit, Universitat Politècnica de Catalunya)

Cells

O-ring

Capillary

Screw

Metallic O-ring

T: 100 – 500 K

p: 0 – 3kbar (0.3 GPa)

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Examples

00.8kbar1kbar1.2kbar1.4kbar1.7kbar2.1kbar

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OTHER DTA WITH HYDROSTATIC PRESSURE

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DSC WITH UNIAXIAL (TENSILE) STRESS

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DSC WITH UNIAXIAL (COMPRESSIVE) STRESS

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SUMMARY

DSC calorimetry under field:

Accurate determination of ∆S at caloric effects

Reproducibility of a caloric effect

Future target:

DSC calorimetry under fieldS(more than one applied field)

MULTICALORICEFFECTS

.............

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COLLABORATORS

Enric Stern-Taulats, Rubén Millán-Solsona, Antoni PlanesUniversitat de Barcelona.

Pol Lloveras, Maria Barrio, Josep-Lluís TamaritUniversitat Politècnica de Catalunya.