journal article·2025-12-31Open access

Low-dimensional magnetocaloric materials for energy-efficient magnetic refrigeration: does size matter?

Nguyen Thi My Duc, Hariharan Srikanth, Manh-Huong Phan

Abstract

The magnetocaloric effect (MCE) provides a promising foundation for the development of solid-state refrigeration technologies that could replace conventional gas compression-based cooling systems. Current research efforts primarily focus on identifying cost-effective magnetic materials that exhibit large MCEs under low magnetic fields across broad temperature ranges, thereby enhancing cooling efficiency. However, practical implementation of magnetic refrigeration requires more than bulk materials; real-world devices demand efficient thermal management and compact, scalable architectures, often achieved through laminate designs or miniaturized geometries. Magnetocaloric materials with reduced dimensionality, such as ribbons, thin films, microwires, and nanostructures, offer distinct advantages, including improved heat exchange, mechanical flexibility, and integration potential. Despite these benefits, a comprehensive understanding of how size, geometry, interfacial effects, strain, and surface phenomena influence the MCE remains limited. This review aims to address these knowledge gaps and provide guidance for the rational design and engineering of magnetocaloric materials tailored for high-performance, energy-efficient magnetic refrigeration systems.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Magnetic and transport properties of perovskites and related materials · Multiferroics and related materials · Perovskite Materials and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

University of South Florida

University of Science and Education

VinUniversity

Funding

U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1016/j.applthermaleng.2013.12.01410.1016/j.applthermaleng.2013.12.014 ↗
2. 10.1002/aenm.20240173910.1002/aenm.202401739 ↗
3. 10.1109/TDMR.2004.84085510.1109/TDMR.2004.840855 ↗
4. 10.1016/j.jclepro.2023.13695310.1016/j.jclepro.2023.136953 ↗
5. 10.1016/j.heliyon.2024.e4064910.1016/j.heliyon.2024.e40649 ↗
6. 10.1016/j.pmatsci.2017.10.00510.1016/j.pmatsci.2017.10.005 ↗
7. 10.1146/annurev.matsci.30.1.38710.1146/annurev.matsci.30.1.387 ↗
8. 10.1016/j.jmmm.2006.07.02510.1016/j.jmmm.2006.07.025 ↗
9. 10.1063/5.013003510.1063/5.0130035 ↗
10. 10.31276/VJSTE.65(4).14-2410.31276/VJSTE.65(4).14-24 ↗
11. 10.1103/PhysRevB.57.347810.1103/PhysRevB.57.3478 ↗
12. 10.1063/1.317439610.1063/1.3174396 ↗
13. 10.1103/PhysRevLett.78.449410.1103/PhysRevLett.78.4494 ↗
14. 10.1063/1.11920610.1063/1.119206 ↗
15. 10.1063/1.137583610.1063/1.1375836 ↗
16. 10.1063/1.141904810.1063/1.1419048 ↗
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18. 10.1016/S0921-4526(02)01119-510.1016/S0921-4526(02)01119-5 ↗
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21. 10.1063/1.184955410.1063/1.1849554 ↗
22. 10.1063/1.369834610.1063/1.3698346 ↗
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25. 10.1116/1.488285810.1116/1.4882858 ↗
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27. 10.1063/1.494131110.1063/1.4941311 ↗
28. 10.1063/1.275054010.1063/1.2750540 ↗
29. 10.1016/j.applthermaleng.2011.11.05310.1016/j.applthermaleng.2011.11.053 ↗
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32. 10.1016/j.jallcom.2019.15169410.1016/j.jallcom.2019.151694 ↗
33. 10.1016/j.physleta.2013.09.02710.1016/j.physleta.2013.09.027 ↗
34. 10.1103/PhysRevLett.101.12550310.1103/PhysRevLett.101.125503 ↗
35. 10.1016/j.jallcom.2019.15333310.1016/j.jallcom.2019.153333 ↗
36. 10.3390/nano611022110.3390/nano6110221 ↗
37. 10.1103/PhysRevB.63.18441610.1103/PhysRevB.63.184416 ↗
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39. 10.1039/C9TB01955C10.1039/C9TB01955C ↗
40. 10.1063/1.305527210.1063/1.3055272 ↗
41. 10.1039/C0NR00521E10.1039/C0NR00521E ↗
42. 10.1063/1.318753810.1063/1.3187538 ↗
43. 10.1021/acsnano.7b0060910.1021/acsnano.7b00609 ↗
44. 10.1016/j.ceramint.2014.07.15410.1016/j.ceramint.2014.07.154 ↗
45. 10.1088/0034-4885/68/6/R0410.1088/0034-4885/68/6/R04 ↗
46. 10.1007/s11837-019-03626-110.1007/s11837-019-03626-1 ↗
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51. 10.1016/j.jallcom.2011.09.02710.1016/j.jallcom.2011.09.027 ↗
52. 10.1063/1.479223910.1063/1.4792239 ↗
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71. 10.1016/j.jmmm.2010.02.03810.1016/j.jmmm.2010.02.038 ↗
72. 10.1016/j.jallcom.2012.11.20010.1016/j.jallcom.2012.11.200 ↗
73. 10.1016/S1463-0184(02)00049-710.1016/S1463-0184(02)00049-7 ↗
74. 10.1063/1.145189210.1063/1.1451892 ↗
75. 10.1063/1.36084010.1063/1.360840 ↗
76. 10.1016/j.jmmm.2011.03.03610.1016/j.jmmm.2011.03.036 ↗
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78. 10.1063/1.335981010.1063/1.3359810 ↗
79. 10.1016/j.jallcom.2013.06.04010.1016/j.jallcom.2013.06.040 ↗
80. 10.1209/epl/i2000-00478-810.1209/epl/i2000-00478-8 ↗
81. 10.1063/1.282898010.1063/1.2828980 ↗
82. 10.1063/1.275370910.1063/1.2753709 ↗
83. 10.1016/j.jallcom.2020.15656610.1016/j.jallcom.2020.156566 ↗
84. 10.1007/s00339-020-03555-w10.1007/s00339-020-03555-w ↗
85. 10.1016/j.jallcom.2021.16235110.1016/j.jallcom.2021.162351 ↗
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93. 10.48550/arXiv.2410.1577610.48550/arXiv.2410.15776 ↗
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