RW Space

Когда неупорядоченные магнитные материалы охлаждают до нужной температуры, происходит нечто интересное. Спины их атомов «замораживаются» и фиксируются на месте в статическом порядке, проявляя кооперативное поведение, которое обычно не проявляется.

Теперь впервые физики увидели обратное. При частичном нагревании природный магнитный элемент неодим замерзает, переворачивая все наши ожидания с ног на голову.

«Наблюдаемое нами магнитное поведение неодима на самом деле противоположно тому, что происходит «обычно», — сказал физик Александр. Khajetoorians из Университета Радбауд в Нидерландах.

«Это довольно нелогично, как вода, которая при нагревании превращается в кубик льда».

В обычном ферромагнитном материале, таком как железо, все магнитные спины атомов ориентированы в одном направлении; то есть их северный и южный магнитные полюса одинаково ориентированы в трехмерном пространстве.

Но в некоторых материалах, например, в некоторых сплавах меди и железа, спины совершенно случайны. Это состояние известно как спиновое стекло.

Вы можете подумать: «Но неодим хорошо известен тем, что из него делают отличные магниты», и вы правы… но его нужно смешать с железом, чтобы чтобы спины выровнялись. Чистый неодим ведет себя не так, как другие магниты; всего два года назад физики определили, что этот материал лучше всего описать как самоиндуцированное спиновое стекло.

Похоже, что неодим еще более странен, чем мы думали.

Когда вы нагреваете материал, повышение температуры увеличивает энергию в этом материале. В случае магнитов это увеличивает движение спинов. Но происходит и обратное: когда вы охлаждаете магнит, его вращение замедляется.

Для спиновых стекол температура замерзания — это точка, при которой спиновое стекло ведет себя как обычный ферромагнетик.

Во главе с физиком Бенджамином Верлаком из Университета Радбауд группа ученых хотела исследовать, как неодим ведет себя при изменении температуры. Интересно, что они обнаружили, что повышение температуры неодима с -268 градусов Цельсия до -265 градусов Цельсия (от -450,4 до -445 градусов по Фаренгейту) вызывало состояние замерзания, обычно наблюдаемое при охлаждении спинового стекла.

Когда ученые охладил неодим обратно, спины снова пришли в беспорядок.

Непонятно, почему это происходит, так как очень редко природный материал ведет себя «неправильным» образом, в отличие от того, как все другие материалы в своем роде вести себя. Однако ученые считают, что это может быть связано с явлением, называемым фрустрацией.

Это когда материал не может достичь упорядоченного состояния, что приводит к неупорядоченному основному состоянию, как мы наблюдаем в спине. очки.

Возможно, говорят исследователи, что у неодима есть определенные корреляции в его состоянии спинового стекла, которые зависят от температуры. Повышение температуры ослабляет их, а, следовательно, и разочарование, позволяя спинам выровняться.

Дальнейшее исследование может раскрыть механизм этого странного поведения, при котором порядок возникает из беспорядка с добавлением энергии; исследователи отмечают, что это имеет последствия, выходящие далеко за рамки физики.

«Такое «замораживание» паттерна обычно не происходит в магнитном материале», — объяснили хаджетурцы.

«Если мы в конечном итоге сможем смоделировать поведение этих материалов, это также может быть экстраполировано на поведение широкого круга других материалов».

Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.