Home » Știință » Materialul magnetic care „îngheață” la căldură i-a surprins pe fizicieni

Materialul magnetic care „îngheață” la căldură i-a surprins pe fizicieni

Publicat: 06.07.2022
Materialul magnetic care „îngheață” la căldură i-a surprins pe fizicieni
Foto: Clarence Risher/Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0

Atunci când materialele magnetice dezordonate sunt răcite la temperatura potrivită, se întâmplă ceva interesant. Orientările atomilor lor „îngheață” și materialele se blochează într-un model static, manifestând un comportament cooperant care nu este de obicei afișat. Materialul magnetic care „îngheață” la căldură face exact opusul.

Atunci când este încălzit fracționat, elementul magnetic natural neodim îngheață, dând peste cap toate așteptările noastre.

„Comportamentul magnetic al neodimului pe care l-am observat este de fapt opusul a ceea ce se întâmplă ‘în mod normal’”, a spus fizicianul Alexander Khajetoorians, de la Universitatea Radboud, din Olanda.

„Este destul de contraintuitiv, cum ar fi o apă care devine cub de gheață atunci când este încălzită”, spune Khajetoorians, citat de Science Alert.

Materialul magnetic care „îngheață” la căldură nu seamănă cu alte materiale

Într-un material feromagnetic convențional, cum ar fi fierul, orientările magnetice ale atomilor se aliniază toate în aceeași direcție; adică polii lor magnetici nord și sud sunt orientați la fel în spațiul tridimensional.

Dar în unele materiale, cum ar fi unele aliaje de cupru și fier, orientările sunt în schimb destul de aleatorii. Această stare magnetică este cunoscută sub numele de „spin glass”.

Probabil vei spune că „neodimul este bine cunoscut pentru că produce magneți excelenți” și ai avea dreptate… dar trebuie amestecat cu fier pentru ca orientările să se alinieze. Neodimul pur nu se comportă ca alți magneți.

Cu doar doi ani în urmă, fizicienii au stabilit că acest material este, de fapt, cel mai bine descris ca având o stare de spin glass auto-indusă.

Cum se comportă neodimul la schimbările de temperatură?

Când încălzești un material, creșterea temperaturii crește energia din acel material. În cazul magneților, acest lucru crește mișcarea orientărilor. Dar se întâmplă și contrariul: când răcești un magnet, orientările încetinesc.

Pentru materialele spin glass, temperatura de îngheț este punctul în care orientările se comportă asemănător cu un feromagnet convențional.

Condusă de fizicianul Benjamin Verlhac, de la Universitatea Radboud, o echipă de oameni de știință a vrut să cerceteze modul în care se comportă neodimul la schimbările de temperatură.

Nu se știe precis de ce materialul magnetic care „îngheață” la căldură face acest lucru

În mod interesant, ei au descoperit că creșterea temperaturii neodimului de la -268 grade Celsius la -265 grade Celsius a indus starea de „înghețare” observată de obicei la răcirea unui material spin glass.

Atunci când oamenii de știință au răcit materialul magnetic care „îngheață” la căldură, orientările au căzut din nou în dezordine.

Nu este clar de ce se întâmplă acest lucru, deoarece este foarte rar ca un material natural să se comporte într-un mod „greșit”, spre deosebire de modul în care se comportă toate celelalte materiale de același fel. Cu toate acestea, oamenii de știință cred că poate avea de-a face cu un fenomen numit frustrare geometrică.

Aceasta apare în momentul în care un material nu poate atinge o stare ordonată, rezultând o stare de bază dezordonată, așa cum vedem în materialele spin glass.

Este posibil, au spus cercetătorii, ca neodimul să aibă anumite corelații în starea sa de spin glass care depind de temperatură. Creșterea temperaturii le slăbește, ceea ce duce la slăbirea frustrării, permițându-le orientărilor să se alinieze.

Studiul ar putea fi util și în cazul altor materiale

Investigații ulterioare ar putea dezvălui mecanismul din spatele acestui comportament ciudat în care ordinea iese din dezordine la adăugarea de energie. Cercetătorii notează că acest lucru are implicații care merg cu mult dincolo de fizică.

„Această ‘înghețare’ într-un model nu are loc în mod normal în materialele magnetice”, a explicat Khajetoorians.

„Dacă în cele din urmă putem modela modul în care se comportă aceste materiale, acest lucru ar putea fi extrapolat la comportamentul unei game largi de alte materiale”, spune Khajetoorians.

Cercetarea a fost publicată în Nature Physics.

Vă recomandăm să citiți și:

Ce se va întâmpla cu omenirea dacă polii magnetici ai Pământului se vor inversa?

Tatuajul electronic care măsoară tensiunea arterială ar putea oferi o monitorizare continuă și mobilă

Astronomii au combinat, în premieră, puterea a 64 de radiotelescoape pentru a observa structura Universului

Putem gândi fără să folosim limbajul? „O dilemă la fel de veche ca omenirea”

Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș este blogger începând cu anul 2009, având experiență și în domeniile publicitate și jurnalism. Este pasionat de marketing și de tehnologie, dar cel mai mult îi place să știe lucruri, motiv pentru care a fost atras de Descopera.ro. citește mai mult
Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Un incendiu de vegetație a învăluit în fum zgârie-norii din Madrid
Un incendiu de vegetație a învăluit în fum zgârie-norii din Madrid
Un pui de panda roşu, o specie pe cale de dispariţie, s-a născut în Marea Britanie
Un pui de panda roşu, o specie pe cale de dispariţie, s-a născut în Marea Britanie
Pasajul Englez, o bucată de istorie (DOCUMENTAR)
Pasajul Englez, o bucată de istorie (DOCUMENTAR)
Un bărbat diabetic, în vârstă de 36 de ani, a murit după ce a primit doza altui pacient
Un bărbat diabetic, în vârstă de 36 de ani, a murit după ce a primit doza altui pacient
Ziua în care Uniunea Sovietică a făcut istorie cu două căţeluşe: Belka şi Strelka
Ziua în care Uniunea Sovietică a făcut istorie cu două căţeluşe: Belka şi Strelka
Prognoza până la jumătatea lunii septembrie, anunțată de ANM. Cum va fi vremea?
Prognoza până la jumătatea lunii septembrie, anunțată de ANM. Cum va fi vremea?
Diagnosticarea rapidă a virusului hepatitei C, posibilă cu un test inovator lansat recent
Diagnosticarea rapidă a virusului hepatitei C, posibilă cu un test inovator lansat recent
Criza energetică zguduie puternic Europa. Preţurile la energie s-au dublat
Criza energetică zguduie puternic Europa. Preţurile la energie s-au dublat
Cum va evolua pandemia? Posibile fenomene deosebite la revenirea din vacanțe și începerea școlii
Cum va evolua pandemia? Posibile fenomene deosebite la revenirea din vacanțe și începerea școlii
Povestea aurului confiscat de naziști în timpul celui de-Al Doilea Război Mondial
Povestea aurului confiscat de naziști în timpul celui de-Al Doilea Război Mondial
Ultimele zile înainte de un zbor istoric. Racheta SLS, adusă pe platforma de lansare
Ultimele zile înainte de un zbor istoric. Racheta SLS, adusă pe platforma de lansare
Hubble dezvăluie o erupție masivă, nemaivăzută până acum, a supergigantei Betelgeuse
Hubble dezvăluie o erupție masivă, nemaivăzută până acum, a supergigantei Betelgeuse
Arctica se încălzește chiar mai repede decât am crezut
Arctica se încălzește chiar mai repede decât am crezut
Tezaur descoperit în România! Arheologii au găsit un mormânt care conține sute de inele de aur
Tezaur descoperit în România! Arheologii au găsit un mormânt care conține sute de inele de aur
O furtună geomagnetică se îndreaptă spre noi. Comunicaţiile radio şi sistemele GPS ar putea fi afectate
O furtună geomagnetică se îndreaptă spre noi. Comunicaţiile radio şi sistemele GPS ar putea fi afectate
Cannabis pe ISS. Ce plante vor crește în viitoarea seră de la bordul stației spațiale?
Cannabis pe ISS. Ce plante vor crește în viitoarea seră de la bordul stației spațiale?
Primul câine cu variola maimuței arată că virusul se poate transmite de la om la animal
Primul câine cu variola maimuței arată că virusul se poate transmite de la om la animal
Răzvan Theodorescu este invitat la podcastul ALTCEVA cu Adrian Artene
Răzvan Theodorescu este invitat la podcastul ALTCEVA cu Adrian Artene