Electrocaloric Cooling

The electrocaloric effect describes a reversible temperature change in dielectric materials submitted to an applied electric field. Adiabatic polarization raises their temperature, and adiabatic depolarization lowers it, analogous to temperature changes that occur when a gas is compressed or expanded. For refrigerator application, the reverse Brayton cycle is currently the most promising for practical implementation. The electrocaloric effect provides a large material efficiency. However, existing refrigerator prototypes lack from the absence of efficient heat switches for thermal linkage to the load and the heat sink. Cooling power densities of a few W/cm2 and temperature spans in the order of 20 K (in regeneration systems) are achievable at a cycle time of 100 ms

Energiemanagement-Strategien für batterieelektrische Fahrzeuge

Das Energiemanagement batterieelektrischer Fahrzeuge ist entscheidend, um das Potential der Batterie bestmöglich auszunutzen. In dieser Arbeit werden daher die Anforderungen an das Energiemanagement herausgearbeitet und mathematisch als Optimierungsproblem beschrieben. Es werden Strategien vorgestellt, wie im Entwicklungsprozess mittels Dynamischer Programmierung und im Fahrbetrieb basierend auf dem Maximumprinzip alle wesentlichen Einflüsse berücksichtigt werden können

Energiemanagement-Strategien für batterieelektrische Fahrzeuge

Das Energiemanagement batterieelektrischer Fahrzeuge ist entscheidend, um das Potential der Batterie bestmöglich auszunutzen. In dieser Arbeit werden daher die Anforderungen an das Energiemanagement herausgearbeitet und mathematisch als Optimierungsproblem beschrieben. Es werden Strategien vorgestellt, wie im Entwicklungsprozess mittels Dynamischer Programmierung und im Fahrbetrieb basierend auf dem Maximumprinzip alle wesentlichen Einflüsse berücksichtigt werden können

Оценка степени кристаллографического упорядочения магнитоактивных ионов в Sr2FeMoO6-δ с помощью интенсивности рентгеновского пика (101)

Strontium ferromolybdate (Sr2FeMoO6-δ, SFMO) having a double Perovskite structure shows good promise as a basic material for spintronics. However SFMO has not yet found wide application due to the low reproducibility of its magnetic properties which partially originates from their strong dependence on the ordering degree of Fe and Mo ions in the B´ and B² sublattices of double perovskite A2B´B²O6. We have considered a rapid method of determining strontium ferromolybdate disorder degree. Sublattice population with Fe and Mo ions has been estimated for stoichiometric and nonstoichiometric Sr2FeMoO6-δ with a 5% Fe and Mo excess, respectively. We have calculated the intensity ratio between the superstructural ordering (101) peak and the most intense (112 + 200) peak. The calculated curves have been fitted to the analytical expression for similar cases known from literature. The calculation results obtained using this method are in agreement with the results of experimental data processing using the Rietveld method accurate to within ±25 %. Thus this method can be used instead of the Rietveld method if the exposure time set in an X-ray diffraction experiment is insufficient. We have discussed the dependence of the I(101)/I(112 + 200) peak intensity ratio on various factors including diffraction peak instrumental broadening, peak twinning due to grain size reduction, thin film lattice parameter variation due to substrate lattice mismatch and lattice parameter variation due to oxygen vacancies. The method is useful as it allows evaluating the superlattice ordering degree in Sr2FeMoO6-d without large time consumption for X-ray diffraction pattern recording and processing with the Rietveld method which may be essential when dealing with large amounts of experimental dataФерромолибдат стронция (Sr2FeMoO6-d, SFMO), обладающий структурой двойного перовскита, является многообещающим кандидатом для использования в качестве основного материала в спинтронике. Однако на данный момент SFMO не нашел широкого применения из-за низкой воспроизводимости его магнитных свойств, вызванной, в том числе, их сильной зависимостью от степени упорядочения катионов Fe и Mo в подрешетках B´ и B² двойного перовскита A2B´B²O6. Рассмотрен экспресс-метод определения степени разупорядочения ферромолибдата стронция. Степень заселения подрешеток катионами Fe и Mo определена как для стехиометрического, так и для нестехиометрического Sr2FeMoO6-δ с 5%-ным избытком Fe и Mo соответственно. Рассчитано соотношение интенсивности пикa сверхструктурного упорядочения (101) к наиболее интенсивному пику (112 + 200). Проведена подгонка расчетных кривых под известное для аналогичных случаев аналитическое выражение. Результаты расчетов предложенным авторами методом совпадают с результатами обработки экспериментальных данных методом Ритвельда в пределах ±25 %, что позволяет использовать этот метод в качестве альтернативы методу Ритвельда в том случае, когда время выдержки для рентгеноструктурного анализа установлено недостаточно большим. Обсуждено влияние таких факторов, как приборное уширение дифракционных пиков, уширение пиков вследствие уменьшения размера кристаллитов, изменение параметров решетки тонких пленок за счет их несоответствия с подложкой и изменение параметров решетки за счет появления кислородных вакансий на соотношение интенсивности пиков I(101)/I(112 + 200). Актуальность метода состоит в том, что он позволяет оценить степень сверхструктурного упорядочения Sr2FeMoO6-d не требуя больших затрат времени съемки и обработки данных дифрактограмм методом Ритвельда, что может быть полезно в случае, когда предстоит обработать большое количество результатов измерений

Материаловедческие вопросы термодинамического моделирования тонкопленочных твердотельных электрокалорических охладителей

Materials properties affecting EC device operation are discussed based on an analytically tractable model of a layered EC refrigerator. Special attention was paid to thermal and interface thermal resistances. Estimates of the average cooling power of a stacked MEMS-based EC refrigerator were made.Электрокалорическое охлаждение является экологически безопасной технологией преобразования энергии. Электрическое поле, необходимое для возбуждения цикла электрокалорического охлаждения, может быть создано значительно проще и с гораздо меньшими затратами по сравнению с магнитными полями, используемыми для магнетокалорического охлаждения. Кроме того, электрическая мощность, необходимая для электрокалорического охлаждения, может обеспечиваться стационарными или мобильными солнечными батареями, а также аккумуляторами электромобиля. Это открывает совершенно новые возможности для экологически безопасного промышленного прогресса в развивающихся странах. На основе аналитически решаемой модели многослойного электрокалорического охладителя обсуждены свойства материалов, влияющие на эксплуатационные характеристики электрокалорических приборов. Особое внимание уделено объемному термическому сопротивлению и термическому сопротивлению интерфейсов. Даны оценки средней охлаждающей мощности стека микроэлектромеханического электрокалорического охладителя

Magnetic-field-enhanced incommensurate magnetic order in the underdoped high-temperature superconductor YBa(2)Cu(3)O(6.45)

We present a neutron-scattering study of the static and dynamic spin correlations in the underdoped high-temperature superconductor YBa(2)Cu(3)O(6.45) in magnetic fields up to 15 T. The field strongly enhances static incommensurate magnetic order at low temperatures and induces a spectral-weight shift in the magnetic-excitation spectrum. A reconstruction of the Fermi surface driven by the field-enhanced magnetic superstructure may thus be responsible for the unusual Fermi surface topology revealed by recent quantum-oscillation experiments.Comment: 4 pages, 3 figures. Version 2 as accepted by PRL, contains updated reference list and improved comparison to similar effects in the La-214 syste

Stripes and Superconductivity in Cuprates

Holes doped into the CuO2 planes of cuprate parent compounds frustrate the antiferromagnetic order. The development of spin and charge stripes provides a compromise between the competing magnetic and kinetic energies. Static stripe order has been observed only in certain particular compounds, but there are signatures which suggest that dynamic stripe correlations are common in the cuprates. Though stripe order is bad for superconducting phase coherence, stripes are compatible with strong pairing. Ironically, magnetic-field-induced stripe order appears to enhance the stability of superconducting order within the planes.Comment: 6 pages, submitted to proceedings of ECRYS-201

Effects of impurities and vortices on the low-energy spin excitations in high-Tc materials

We review a theoretical scenario for the origin of the spin-glass phase of underdoped cuprate materials. In particular it is shown how disorder in a correlated d-wave superconductor generates a magnetic phase by inducing local droplets of antiferromagnetic order which eventually merge and form a quasi-long range ordered state. When correlations are sufficiently strong, disorder is unimportant for the generation of static magnetism but plays an additional role of pinning disordered stripe configurations. We calculate the spin excitations in a disordered spin-density wave phase, and show how disorder and/or applied magnetic fields lead to a slowing down of the dynamical spin fluctuations in agreement with neutron scattering and muon spin rotation (muSR) experiments.Comment: 4 pages, 3 figures, submitted for SNS2010 conference proceeding

Giant phonon anomalies and central peak due to charge density wave formation in YBa2_2Cu3_3O6.6_{6.6}

The electron-phonon interaction is a major factor influencing the competition between collective instabilities in correlated-electron materials, but its role in driving high-temperature superconductivity in the cuprates remains poorly understood. We have used high-resolution inelastic x-ray scattering to monitor low-energy phonons in YBa$_2$Cu$_3$O$_{6.6}$ (superconducting $\bf T_c = 61$ K), which is close to a charge density wave (CDW) instability. Phonons in a narrow range of momentum space around the CDW ordering vector exhibit extremely large superconductivity-induced lineshape renormalizations. These results imply that the electron-phonon interaction has sufficient strength to generate various anomalies in electronic spectra, but does not contribute significantly to Cooper pairing. In addition, a quasi-elastic "central peak" due to CDW nanodomains is observed in a wide temperature range above and below $\bf T_c$, suggesting that the gradual onset of a spatially inhomogeneous CDW domain state with decreasing temperature is a generic feature of the underdoped cuprates