Onderzoekers observeerden een vreemd nieuw gedrag wanneer een magnetisch materiaal werd verwarmd.Wanneer de temperatuur stijgt, ‘bevriest’ de magnetische spin in dit materiaal in een statische modus, wat meestal gebeurt als de temperatuur daalt.De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Nature Physics.
Onderzoekers vonden dit fenomeen in neodymiummaterialen.Een paar jaar geleden beschreven ze dit element als “zelfgeïnduceerd spinglas”.Spinglas is meestal een metaallegering; ijzeratomen worden bijvoorbeeld willekeurig gemengd in een rooster van koperatomen.Elk ijzeratoom is als een kleine magneet, of spin.Deze willekeurig geplaatste spins wijzen in verschillende richtingen.
In tegenstelling tot traditionele spinbrillen, die willekeurig worden gemengd met magnetische materialen, is neodymium een element.Bij afwezigheid van enige andere substantie vertoont het het gedrag van verglazing in kristalvorm.Rotatie vormt een rotatiepatroon zoals een spiraal, dat willekeurig is en voortdurend verandert.
In deze nieuwe studie ontdekten onderzoekers dat wanneer ze neodymium verhitten van -268 ° C tot -265 ° C, de spin ervan "bevroren" tot een vast patroon, waardoor een magneet werd gevormd bij een hogere temperatuur.Terwijl het materiaal afkoelt, keert het willekeurig roterende spiraalpatroon terug.
"Deze manier van 'bevriezen' komt meestal niet voor in magnetische materialen", zegt Alexander Khajetoorians, hoogleraar scanning-sondemicroscopen aan de Radboud Universiteit in Nederland.
Hogere temperaturen verhogen de energie in vaste stoffen, vloeistoffen of gassen.Hetzelfde geldt voor magneten: bij hogere temperaturen begint de rotatie meestal te wiebelen.
Khajetoorianen zeiden: “Het magnetische gedrag van neodymium dat we hebben waargenomen is feitelijk in strijd met wat ‘normaal’ gebeurt.”“Dit is nogal contra-intuïtief, net zoals water bij verhitting in ijs verandert.”
Dit contra-intuïtieve fenomeen komt niet vaak voor in de natuur; van weinig materialen is bekend dat ze zich op de verkeerde manier gedragen.Een ander bekend voorbeeld is Rochellezout: de ladingen ervan vormen bij hogere temperaturen een geordend patroon, maar zijn bij lagere temperaturen willekeurig verdeeld.
De complexe theoretische beschrijving van spinglas is het thema van de Nobelprijs voor natuurkunde 2021.Begrijpen hoe deze spinbrillen werken, is ook belangrijk voor andere wetenschapsgebieden.
Khajetoorianen zeiden: “Als we eindelijk het gedrag van deze materialen kunnen simuleren, kunnen we ook het gedrag van een groot aantal andere materialen afleiden.”
Potentieel excentriek gedrag houdt verband met het concept van degeneratie: veel verschillende toestanden hebben dezelfde energie en het systeem raakt gefrustreerd.Temperatuur kan deze situatie veranderen: er bestaat alleen een specifieke toestand, waardoor het systeem expliciet naar een modus kan gaan.
Dit vreemde gedrag kan worden gebruikt in nieuwe informatieopslag- of computerconcepten, zoals hersenachtig computergebruik.
Posttijd: 05-aug-2022
