희토류 지르코네이트 파이로클로어의 비평형 자기열량 효과

본 연구는 Nd₂Zr₂O₇ 및 Pr₂Zr₂O₇ 단결정의 자기적 특성을 탐구했습니다. 2~31K의 초기 온도에서 최대 60T의 펄스 자기장을 인가하여 자화 및 자기열량 효과(MCE)를 측정했습니다. 특히 MCE 데이터는 비정상적인 이력 현상을 보였는데, 자기장 상승 및 하강 시 모두 시료 온도가 증가하는 양상을 나타냈습니다. Nd₂Zr₂O₇에서는 MCE가 시간의 함수로 놀라운 평탄부를 보이다가 최대 자기장 도달 시 급격한 온도 상승을 보였습니다. 자화 측정 결과, 자기 서브시스템의 추정 온도가 직접 측정된 시료 온도와 크게 달랐으며, 직접 측정과는 반대로 자기장 상승 시 온도가 더 높은 역이력 현상을 나타냈습니다. 이는 펄스 시간 척도(~0.1초)에서 자기 및 격자 자유도 간의 열평형이 깨졌음을 시사합니다. 이러한 현상을 설명하기 위해 자기 이온과 포논, 그리고 열 저장소를 포함하는 현상학적 모델을 사용했습니다. 이 모델은 Pr₂Zr₂O₇의 거동을 잘 설명했지만, Nd₂Zr₂O₇에서 관찰된 평탄부는 재현하지 못했습니다. 자기와 격자 서브시스템 간의 열 결합이 HdH/dt 값에 의존한다고 가정했을 때 Nd₂Zr₂O₇ 데이터와의 일치도가 크게 향상되었습니다. 본 연구 결과는 자기 및 격자 서브시스템 간의 비정상적으로 느린 열 전달을 밝혀냈으며, Nd₂Zr₂O₇에서 자기장 변화율을 통해 열 흐름을 동적으로 제어하는 새로운 메커니즘의 가능성을 제시합니다.