Físicos sorprendidos por este material magnético que “se congela cuando se calienta”
Cuando los materiales magnéticos desordenados se enfrían a la temperatura adecuada, sucede algo interesante. los los espines de sus átomos están «congelados» y se fijan en un patrón estático y exhiben un comportamiento cooperativo que normalmente no se exhibe.
Ahora, por primera vez, los físicos han visto lo contrario. En el calentamiento fraccional, el elemento magnético natural neodimio congela y pone «al revés» todas nuestras expectativas.
Alejandro Khajetoorianosfísicamente de la Universidad Radboud en los Paises Bajos, dijo en un comunicado†
“El comportamiento magnético del neodimio que observamos es en realidad lo contrario de lo que sucede ‘normalmente’. Es un poco contrario a la intuición, como si el agua se convirtiera en un cubo de hielo cuando se calienta».
En un material ferromagnético convencional, como el hierro, los espines magnéticos de los átomos están todos en la misma dirección; es decir, los polos magnéticos norte y sur están orientados de manera similar en el espacio tridimensional.
Pero en algunos materiales, como algunas aleaciones de cobre y hierro, los espines son bastante aleatorios. Este estado es lo que se conoce como cristal de espín.
Podrías estar pensando «pero el neodimio es conocido por hacer grandes imanes» y tendrías razón… pero necesita mezclarse con hierro para alinear los giros. El neodimio puro no se comporta como otros imanes; Hace solo dos años, los físicos determinaron que este material, de hecho, se describe mejor como un cristal de espín autoinducido.
Neodimio, más extraño de lo que se pensaba
Ahora parece que el neodimio es aún más extraño de lo que pensábamos.
Imanes de neodimio. Crédito: AORV/Wikimedia Commons
Cuando se calienta un material, el aumento de temperatura aumenta la energía en ese material. En el caso de los imanes, esto aumenta el movimiento de los espines. Pero también sucede lo contrario: a medida que un imán se enfría, los giros se ralentizan.
En el caso de los vidrios giratorios, la temperatura de congelación es el punto en el que el vidrio giratorio se comporta más como un ferroimán convencional.
guiado por el físico benjamin verlhackdel Universidad Radboud, un equipo de científicos quería ver cómo se comportaba el neodimio al cambiar de temperatura. Curiosamente, descubrieron que el aumento de la temperatura del neodimio de -268 grados Celsius a -265 grados Celsius (-450,4 a -445 Fahrenheit) inducía el estado congelado que normalmente se observa al enfriar un cristal giratorio.
Cuando los científicos volvieron a enfriar el neodimio, los espines volvieron a soltarse.
ciencia misterio
No está claro por qué sucede esto, ya que es muy raro que un material natural se comporte de manera «incorrecta», a diferencia de cómo se comportan todos los demás materiales de su clase. Sin embargo, los científicos creen que puede estar relacionado con un fenómeno llamado frustración.
A temperaturas más frías, los giros en el material forman patrones aleatorios, con cada patrón girando como una hélice con un giro particular. A medida que el material se calienta, los espines eligen uno de los patrones de hélice específicos, un fenómeno que normalmente ocurre cuando cae la temperatura en los materiales magnéticos. Cortesía: ru.nl / Física natural
Esto sucede cuando un material es incapaz de alcanzar un estado ordenado, dando lugar a un estado desordenado básico, como el que vemos en las gafas de araña.
Según los investigadores, es posible que el neodimio tenga ciertas correlaciones dependientes de la temperatura en su estado de vidrio giratorio. El aumento de la temperatura debilita estas correlaciones y, por lo tanto, la frustración, lo que permite que los giros se alineen.
Una mayor investigación podría revelar el mecanismo detrás de este extraño comportamiento en el que el orden emerge del desorden con la adición de energía; los investigadores señalan que esto tiene implicaciones más allá de la física.
Khajetorianos dijo:
“Esta ‘congelación’ del patrón normalmente no ocurre en el material magnético. Si finalmente podemos modelar cómo se comportan estos materiales, esto también se puede extrapolar al comportamiento de una amplia variedad de otros materiales».
Los resultados de la investigación han sido publicados en física de la naturaleza†
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