Fabry-Pérot腔体设计的智能窗户：具备优异的动态辐射冷却性能和太阳能调节功能

《Materials Today Physics》：Fabry-Pérot Cavity-Engineered Smart Windows with Enhanced Dynamic Radiative Cooling and Solar Modulation

室温下大比热容、高工作温度范围及适度磁致热响应的半金属全海森堡合金Mn?(Ti?.?Fe?.?)Sn实现，其六方结构（空间群P63/mmc，D0??）与常规立方结构不同，X射线衍射和拉曼分析确认，RWR=2.759>1表明为itinerant铁磁体，6T磁场下ΔT达20K，RC和RCP分别为285.51和295.70 mJ/cm3，适用于微型工程设计和VOCs调控。

　　

Sourav Mandal|Palash Nandi|Tapan Kumar Nath

印度西孟加拉邦卡拉格普尔印度理工学院物理系磁性与磁性材料实验室-721302

摘要

在高质量的多晶半金属类Full Heusler合金（FHLA）Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn中，实现了室温（RT）下单位体积较大的制冷功率、较高的工作温度范围以及居里温度附近适中的磁热响应（MCR）。在室温下，这种FHLA表现出特殊的Mg₃Cd（或Ni₃Sn）型六方结构（空间群P63/mmc，编号194，Strukturbericht命名-D0₁₉），而非立方结构，这一点通过拉曼和X射线衍射实验得到了证实。该合金还具有一种在Full Heusler合金（FHA）中较为罕见的独特微观结构特征。差示扫描量热法（DSC）和磁测量结果表明其居里温度接近室温。计算得出的Rhodes-Wohlfarth比（RWR）值为2.759（>1），表明该体系具有过渡铁磁体的特性。在6特斯拉（T）的磁场变化下，该FHLA的工作温度范围（ΔT_FWHM）高达约20 K，制冷能力（RC）为285.51 mJ.cm^-3，相对制冷功率（RCP）为295.70 mJ.cm^-3，这些特性使其在小型工程设计中具有广泛应用潜力，因为其成分成本低、矫顽力小、样品合成技术简单，并且能够在较小体积内产生显著的制冷效果。此外，这种制冷剂还可以用于调节常见挥发性有机化合物（VOCs）在室温附近的液化和固化过程。这一发现无疑有助于深入理解FHA复杂的磁行为和显著的磁热效应，尤其是其独特的结构、特殊的微观形态以及接近室温的居里温度。

章节摘录

引言

Full Heusler合金体系Mn₂TiSn已被报道具有特殊的结构和非常复杂的磁性质。从头算计算理论上预测，在施加压力（P > 0）的情况下，Mn₂TiSn Heusler合金中存在两种磁态的共存。据报道，Mn₂TiSn的磁性质源于其不同磁性子晶格之间竞争性的铁磁相互作用和反铁磁相互作用[1]。这一点值得关注。

样品制备

首先，采用传统的电弧熔炼方法，在电弧熔炼炉中从适量的Mn、Ti、Fe和Sn等原始金属元素制备出高质量的非化学计量比、四元多晶块状锭材，质量约为5克。初始原料被倒入铜模（水冷铜炉床）中，并在6.0×10^?6 mbar的基压下保持稳定。熔炼过程在高纯度（5N）的惰性氩气环境中进行。

结构表征

尽管属于Full Heusler合金，但在室温下，Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn体系呈现六方结构的Mg₃Cd或Ni₃Sn类型，空间群为P63/mmc（编号194），而非立方结构。该空间群的Strukturbericht命名为D0₁₉。图1(c)展示了这种六方结构Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn样品的传统晶胞结构。通过结合布拉格衍射定律（2dsinθ = nλ）等公式对晶胞参数进行了计算。

结论

总之，在高质量的多晶亚稳态Full Heusler合金（FHLA）Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn中，实现了室温下的磁热响应（MCR）。该FHLA具有特殊的Mg₃Cd（或Ni₃Sn）型六方结构（空间群P63/mmc，编号194，Strukturbericht命名-D0₁₉），而非立方结构的L2₁或B2型。这一结论通过X射线衍射和拉曼分析得到了证实。

CRediT作者贡献声明

Tapan Kumar Nath：负责撰写、审稿与编辑、监督工作以及资源协调和资金申请。Palash Nandi：数据整理。Sourav Mandal：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化处理、结果验证、软件应用、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

数据获取声明

如需获取支持研究结果的数据，可向作者提出合理请求。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究工作的个人关系。

致谢

作者衷心感谢印度理工学院卡拉格普尔分校物理系提供的SQUID测量设施。同时，作者也感谢IIT Kharagpur材料科学中心的Susanta Banerjee教授提供的DSC测量设备。作者S. M. 对印度政府大学拨款委员会（UGC）在其五年研究期间提供的财政支持表示衷心感谢（UGC参考编号：1398/CSIR-UGC NET 2018）。