We report the importance of metamagnetism for the giant magnetocaloric effect in lanthanum manganites and the key role of oxygen deficiency for this phenomenon. It is found that La0.7Ca0.3xSrxMnO3δ samples with x=0.0, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1, and 0.125 are orthorhombic (O) phase, while those with x=0.15, 0.175, 0.2, and 0.3 are rhombohedral (R) phase at room temperature. The samples possess relatively high oxygen deficiency δ. With increasing x, the oxygen content increases from about 2.92 to 2.94 in the O phase and from 2.93 to 2.97 in the R phase, while it decreases in the vicinity of the O-R phase transition. The Curie temperature increases with increasing x in both the structural phases and shows a positive jump around the O-R phase transition. The x=0 sample shows S-shape magnetization, which is typical for metamagnetic materials. The S shape is continuously suppressed with increase in Sr and disappears for x0.075. Interestingly, the magnetic entropy change, adiabatic temperature change, and refrigerant capacity achieved for the present samples are about 20%–50% larger than those previously reported for manganites prepared using different processing routes. The large magnetocaloric effect in the present samples originates from the sharp change in magnetization with respect to temperature at the Curie temperature and the presence of S-shape magnetization near this transition temperature caused by the oxygen deficiency.

1.
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
V. K.
Pecharsky
, and
A. O.
Tsokol
,
Rep. Prog. Phys.
68
,
1479
(
2005
).
3.
M. H.
Phan
and
S. C.
Yu
J. Magn. Magn. Mater.
308
,
325
(
2007
);
M. H.
Phan
and
S. C.
Yu
Phys. Status Solidi A
204
,
4091
(
2007
).
4.
V. K.
Pecharsky
and
K. A.
Gschneidner
,Jr.
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
3299
(
1997
);
V. K.
Pecharsky
and
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
4494
(
1997
).
5.
O.
Tegus
,
E.
Brück
,
K. H. J.
Buschow
, and
F. R.
de Boer
,
Nature (London)
415
,
150
(
2002
).
6.
H.
Wada
and
Y.
Tanabe
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
3302
(
2001
).
7.
A.
de Campos
,
D. L.
Rocco
,
A. M. G.
Carvalho
,
L.
Caron
,
A. A.
Coelho
,
S.
Gama
,
L. M.
da Silva
,
F. C. G.
Gandra
,
A. O.
dos Santos
,
L. P.
Cardoso
,
P. G.
von Ranke
, and
N. A.
de Oliveira
,
Nature Mater.
5
,
802
(
2006
).
8.
L.
Morellon
,
P. A.
Algarabel
,
M. R.
Ibarra
,
J.
Blasco
,
B.
Garcia-Landa
,
Z.
Arnold
, and
F.
Albertini
,
Phys. Rev. B
58
,
R14721
(
1998
).
9.
W.
Choe
,
V. K.
Pecharsky
,
A. O.
Pecharsky
,
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
V. G.
Young
, Jr.
, and
G. J.
Miller
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
4617
(
2000
).
10.
F.
Ishikawa
,
K.
Koyama
,
K.
Watanabe
, and
H.
Wada
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
42
,
L918
(
2003
).
11.
O.
Tegus
,
E.
Brück
,
L.
Zhang
,
Dagula
,
K. H. J.
Buschow
, and
F. R.
de Boer
,
Physica B
319
,
174
(
2002
).
12.
M.
Medarde
,
J.
Mesot
,
P.
Lacorre
,
S.
Rosenkranz
,
P.
Fischer
, and
K.
Gobrecht
,
Phys. Rev. B
52
,
9248
(
1995
).
13.
A. N.
Ulyanov
and
S. C.
Yu
,
J. Appl. Phys.
97
,
10H702
(
2005
).
14.
R. Z.
Levitin
and
A. S.
Markosyan
,
Sov. Phys. Usp.
31
,
730
(
1988
).
15.
T.
Goto
,
K.
Fukamichi
, and
H.
Yamada
,
Physica B
300
,
167
(
2001
).
16.
A. N.
Ulyanov
,
J. S.
Kim
,
G. M.
Shin
,
Y. M.
Kang
, and
S. I.
Yoo
,
J. Phys. D
40
,
123
(
2007
).
17.
V. K.
Pecharsky
and
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
J. Appl. Phys.
90
,
4614
(
2001
).
18.
Yu.
Dan’kov
,
A. M.
Tishin
,
V. K.
Pecharsky
, and
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
Phys. Rev. B
57
,
3478
(
1998
).
19.
P. G.
Radaelli
,
G.
Iannone
,
M.
Marezio
,
H. Y.
Hwang
,
S. W.
Cheong
,
J. D.
Jorgensen
, and
D. N.
Argyriou
,
Phys. Rev. B
56
,
8265
(
1997
).
20.
Y.
Tomioka
,
A.
Asamitsu
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. B
63
,
024421
(
2000
).
21.
A. N.
Ulyanov
,
G. V.
Gusakov
,
V. A.
Borodin
,
N. Yu.
Starostyuk
, and
A. B.
Mukhin
,
Solid State Commun.
118
,
103
(
2001
).
22.
F.
Rivadulla
,
M.
Otero-Leal
,
A.
Espinosa
,
A.
de Andrés
,
C.
Ramos
,
J.
Rivas
, and
J. B.
Goodenough
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
016402
(
2006
).
23.
R. D.
Shannon
,
Acta Crystallogr., Sect. A: Cryst. Phys., Diffr., Theor. Gen. Crystallogr.
32
,
751
(
1976
).
24.
A. N.
Ulyanov
and
S. C.
Yu
,
Physica B
368
,
42
(
2005
).
25.
A.
Asamitsu
,
Y.
Moritomo
,
R.
Kumai
,
Y.
Tomioka
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. B
54
,
1716
(
1996
).
26.
L.
Pinsard
,
J.
Rodríguez-Carvajal
,
A. H.
Moudden
,
A.
Anane
,
A.
Revcolevschi
, and
C.
Dupas
,
Physica B
234–236
,
856
(
1997
).
27.
S.
Uhlenbruck
,
R.
Teipen
,
R.
Klingeler
,
B.
Büchner
,
O.
Friedt
,
M.
Hücker
,
H.
Kierspel
,
T.
Niemöller
,
L.
Pinsard
,
A.
Revcolevschi
, and
R.
Gross
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
185
(
1999
).
28.
G. H.
Jonker
and
J. H.
van Santen
,
Physica
16
,
337
(
1950
).
29.
H. L.
Ju
,
J.
Gopalakrishnan
,
J. L.
Peng
,
Q.
Li
,
G. C.
Xiong
,
T.
Venkatesan
, and
R. L.
Greene
,
Phys. Rev. B
51
,
6143
(
1995
).
30.
A. M.
De Léon-Guevara
,
P.
Berthet
,
J.
Berthon
,
F.
Millot
,
A.
Revcolevschi
,
A.
Anane
,
C.
Dupas
,
K.
Le Dang
,
J. P.
Renald
, and
P.
Veillet
,
Phys. Rev. B
56
,
6031
(
1997
).
31.
Yu. M.
Baikov
,
E. I.
Nikulin
,
B. T.
Melekh
, and
V. M.
Egorov
,
Phys. Solid State
46
,
2086
(
2004
).
32.
N.
Sdiri
,
M.
Bejar
, and
E.
Dhahri
,
J. Magn. Magn. Mater.
311
,
512
(
2007
).
33.
V. K.
Pecharsky
and
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
J. Magn. Magn. Mater.
167
,
L179
(
1997
).
34.
V.
Provenzano
,
A. J.
Shapiro
, and
R. D.
Shull
,
Nature (London)
429
,
853
(
2004
).
35.
E. L.
Nagaev
,
Phys. Solid State
39
,
1412
(
1997
).
36.
E.
Dagotto
,
T.
Hotta
, and
A.
Morea
,
Phys. Rep.
344
,
1
(
2001
).
37.
D.
Louca
,
T.
Egami
,
E. L.
Brosha
,
H.
Röder
, and
A. R.
Bishop
,
Phys. Rev. B
56
,
R8475
(
1997
).
38.
A. N.
Ulyanov
,
D. S.
Yang
, and
S. C.
Yu
,
J. Appl. Phys.
93
,
7376
(
2003
).
39.
J. B.
Goodenough
,
J. Appl. Phys.
81
,
5330
(
1997
).
40.
M. H.
Phan
,
S. C.
Yu
, and
N. H.
Hur
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
072504
(
2005
).
41.
A.
Szewczyk
,
H.
Szymczak
,
A.
Wiśniewski
,
K.
Piotrowski
,
R.
Kartaszyńnski
,
B.
Dabrowski
,
S.
Koleśnik
, and
Z.
Bukowski
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1026
(
2000
).
42.
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
H.
Takeya
,
J. O.
Moorman
, and
V. K.
Pecharsky
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
253
(
1994
).
43.
K. A.
Gschneidner
, Jr.
,
V. K.
Pecharsky
, and
S. K.
Malik
,
Adv. Cryog. Eng.
42
,
475
(
1996
).
44.
A. L.
Lima
,
I. S.
Oliveira
,
A. M.
Gomes
, and
P. J.
von Ranke
,
Phys. Rev. B
65
,
172411
(
2002
).
45.
A.
Asamitsu
,
Y.
Moritomo
,
Y.
Tomioka
,
T.
Arima
, and
Y.
Tokura
,
Nature (London)
373
,
407
(
1995
).
46.
J.
Mira
,
J.
Rivas
,
L. E.
Hueso
,
F.
Rivadulla
,
M. A.
López Quintela
,
M. A.
Señarís Rodríguez
, and
C. A.
Ramos
,
Phys. Rev. B
65
,
024418
(
2001
).
47.
A. R.
Dinesen
,
S.
Linderoth
, and
S.
Mørup
,
J. Phys.: Condens. Matter
17
,
6257
(
2005
).
48.
D. T.
Hanh
,
M. S.
Islam
,
F. A.
Khan
,
D. L.
Minh
, and
N.
Chau
,
J. Magn. Magn. Mater.
310
,
2826
(
2007
).
49.
M. H.
Phan
,
S. C.
Yu
,
N. H.
Hur
, and
Y. H.
Jeong
,
J. Appl. Phys.
96
,
1154
(
2004
).
50.
Y.
Sun
,
M. B.
Salamon
, and
S. H.
Chun
,
J. Appl. Phys.
92
,
3235
(
2002
).
51.
V.
Markovich
,
G.
Jung
,
Ya.
Yuzhelevski
,
G.
Gorodetsky
,
A.
Szewczyk
,
M.
Gutowska
,
D. A.
Shulyatev
, and
Ya. M.
Mukovskii
,
Phys. Rev. B
70
,
064414
(
2004
).
52.
G. V.
Brown
,
J. Appl. Phys.
47
,
3673
(
1976
).
53.
H.
Terashita
,
J. J.
Garbe
, and
J. J.
Neumeier
,
Phys. Rev. B
70
,
094403
(
2004
).
54.
C.
Zimm
,
A.
Jastrab
,
A.
Sternberg
,
V. K.
Pecharsky
,
K.
Gschneidner
, Jr.
,
M.
Osborne
, and
I.
Anderson
,
Adv. Cryog. Eng.
43
,
1759
(
1988
).
You do not currently have access to this content.