Οι ερευνητές παρατήρησαν μια παράξενη νέα συμπεριφορά όταν ένα μαγνητικό υλικό θερμάνθηκε.Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, το μαγνητικό σπιν σε αυτό το υλικό «παγώνει» σε μια στατική λειτουργία, η οποία συνήθως συμβαίνει όταν πέφτει η θερμοκρασία.Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό Nature Physics.
Οι ερευνητές βρήκαν αυτό το φαινόμενο σε υλικά νεοδυμίου.Πριν από μερικά χρόνια, περιέγραψαν αυτό το στοιχείο ως «γυαλί περιστροφής που προκαλείται από τον εαυτό τους».Το γυαλί σπιν είναι συνήθως ένα κράμα μετάλλων, για παράδειγμα, τα άτομα σιδήρου αναμιγνύονται τυχαία σε ένα πλέγμα ατόμων χαλκού.Κάθε άτομο σιδήρου είναι σαν ένας μικρός μαγνήτης, ή σπιν.Αυτές οι τυχαία τοποθετημένες περιστροφές δείχνουν προς διάφορες κατευθύνσεις.
Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά γυαλιά spin, τα οποία αναμειγνύονται τυχαία με μαγνητικά υλικά, το νεοδύμιο είναι ένα στοιχείο.Ελλείψει άλλης ουσίας, δείχνει τη συμπεριφορά της υαλοποίησης σε κρυσταλλική μορφή.Η περιστροφή σχηματίζει ένα μοτίβο περιστροφής σαν σπείρα, το οποίο είναι τυχαίο και συνεχώς μεταβαλλόμενο.
Σε αυτή τη νέα μελέτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν θέρμαιναν το νεοδύμιο από -268 ° C στους -265 ° C, η περιστροφή του «πάγωσε» σε ένα συμπαγές σχέδιο, σχηματίζοντας έναν μαγνήτη σε υψηλότερη θερμοκρασία.Καθώς το υλικό ψύχεται, το τυχαία περιστρεφόμενο σπειροειδές σχέδιο επιστρέφει.
«Αυτός ο τρόπος «παγώματος» συνήθως δεν συμβαίνει σε μαγνητικά υλικά», είπε ο Alexander khajetoorians, καθηγητής μικροσκοπίου σάρωσης στο Πανεπιστήμιο Radboud στην Ολλανδία.
Οι υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν την ενέργεια σε στερεά, υγρά ή αέρια.Το ίδιο ισχύει και για τους μαγνήτες: σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η περιστροφή συνήθως αρχίζει να ταλαντεύεται.
Ο Khajetoorians είπε, «η μαγνητική συμπεριφορά του νεοδυμίου που παρατηρήσαμε είναι στην πραγματικότητα αντίθετη με αυτό που συμβαίνει «κανονικά»."Αυτό είναι αρκετά αντιληπτό, ακριβώς όπως το νερό μετατρέπεται σε πάγο όταν θερμαίνεται."
Αυτό το αντίθετο φαινόμενο δεν είναι συνηθισμένο στη φύση – λίγα υλικά είναι γνωστό ότι συμπεριφέρονται με λάθος τρόπο.Ένα άλλο γνωστό παράδειγμα είναι το αλάτι Rochelle: τα φορτία του σχηματίζουν ένα ταξινομημένο σχέδιο σε υψηλότερες θερμοκρασίες, αλλά κατανέμονται τυχαία σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Η περίπλοκη θεωρητική περιγραφή του spin glass είναι το θέμα του Βραβείου Νόμπελ Φυσικής 2021.Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας αυτών των περιστρεφόμενων γυαλιών είναι επίσης σημαντική για άλλους τομείς της επιστήμης.
Ο Khajetoorians είπε, «αν μπορούμε τελικά να προσομοιώσουμε τη συμπεριφορά αυτών των υλικών, μπορεί επίσης να συμπεράνουμε τη συμπεριφορά ενός μεγάλου αριθμού άλλων υλικών».
Η πιθανή εκκεντρική συμπεριφορά σχετίζεται με την έννοια του εκφυλισμού: πολλές διαφορετικές καταστάσεις έχουν την ίδια ενέργεια και το σύστημα απογοητεύεται.Η θερμοκρασία μπορεί να αλλάξει αυτήν την κατάσταση: υπάρχει μόνο μια συγκεκριμένη κατάσταση, που επιτρέπει στο σύστημα να εισέλθει ρητά σε μια λειτουργία.
Αυτή η παράξενη συμπεριφορά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε νέες έννοιες αποθήκευσης πληροφοριών ή υπολογιστών, όπως υπολογιστές σαν τον εγκέφαλο.
Ώρα δημοσίευσης: Αύγ-05-2022
