05.07.2022
Когда неупорядоченные магнитные материалы охлаждают до нужной температуры, происходит интересный эффект. Спины их атомов «замораживаются» и фиксируются на месте в статическом порядке, проявляя «общинное» поведение, которое обычно не проявляется.
«Магнитное поведение неодима, которое мы наблюдали, на самом деле противоположно тому, что происходит обычно, — сказал физик Александр Хаджетурян из Университета Радбауд в Нидерландах. — Это нелогично — примерно так, как если бы вода при нагревании превращалась 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 (некоторые сплавы меди и железа) спины совершенно случайны. Это состояние известно как спиновое стекло. Однако известно, что из неодима делают магниты. правда, для этого его нужно смешивать с железом, чтобы спины выровнялись. А чистый неодим ведет себя не так, как другие магниты.
Два года назад ученые выяснили, что неодим лучше всего описывается как самоиндуцированное спиновое стекло. Когда мы нагреваем материал, повышение температуры увеличивает энергию в нем. В случае с магнитами это увеличивает движение спинов. Но происходит и обратное: когда мы охлаждаем магнит, его вращение замедляется.
Для спиновых стекол температура замерзания — это точка, при которой спиновые стекла ведут себя как обычный ферромагнетик.
Группа ученых, возглавляемая физиком Бенджамином Верлаком из Университета Радбауд, хотела выяснить, как ведет себя неодим при изменении температуры. Специалисты обнаружили, что повышение температуры неодима с -268 градусов Цельсия до -265 градусов Цельсия вызывало состояние замерзания, обычно наблюдаемое при охлаждении спинового стекла.
Когда ученые снова охладили неодим, спины снова пришли в беспорядок. Непонятно, почему это происходит, поскольку очень редко природный материал ведет себя «неправильным» образом, в отличие от того, как ведут себя все другие материалы. Однако ученые считают, что это может быть связано с явлением, называемым фрустрацией — когда материал не может достичь упорядоченного состояния, что приводит к неупорядоченному основному состоянию. Такому, какое мы наблюдаем в спиновых очках.
Исследователи считают: возможно, неодим имеет определенные корреляции в состоянии спинового стекла, которые зависят от температуры. Повышение температуры ослабляет их, позволяя вращениям выровняться.
Дальнейшее исследование могло бы раскрыть механизм этого странного поведения, при котором порядок возникает из беспорядка с добавлением энергии; исследователи отмечают, что явление выходит далеко за рамки физики.
«Это «замораживание» узора обычно не происходит в магнитном материале, — объясняет Хаджетурян. — Если мы в конечном итоге сможем смоделировать поведение этих материалов, это также можно будет экстраполировать на поведение широкого круга других материалов».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics .
Елена Краснова
Нет комментариев