ネオジムは高温で「凍結」します

研究者は、磁気材料が加熱されたときに奇妙な新しい行動を観察しました。温度が上昇すると、この材料の磁気スピンは静的モードに「凍結」します。これは通常、温度が低下するときに発生します。研究者たちは、Journal Nature Physicsで調査結果を発表しました。

研究者は、この現象がネオジム材料で発見しました。数年前、彼らはこの要素を「自己誘発スピンガラス」と表現しました。スピンガラスは通常、金属合金です。たとえば、鉄原子は銅原子のグリッドにランダムに混合されます。各鉄の原子は、小さな磁石のようなもの、またはスピンです。これらのランダムに配置されたスピンポイントは、さまざまな方向にあります。

磁気材料とランダムに混合された従来のスピングラスとは異なり、ネオジムは元素です。他の物質がない場合、それは結晶の形でのガラス化の挙動を示しています。回転は、スパイラルのような回転パターンを形成し、ランダムで絶えず変化します。

この新しい研究では、研究者は、ネオジムを-268°Cから-265°Cに加熱すると、スピンが固体パターンに「凍結」し、より高い温度で磁石を形成することを発見しました。素材が冷えると、ランダムに回転するスパイラルパターンが戻ります。

「この「凍結」のモードは、通常、磁気材料では発生しません」と、オランダのラドバウド大学のスキャンプローブ顕微鏡教授であるアレクサンダー・カジェトリアンは言いました。

高温が固体、液体、またはガスのエネルギーを増加させます。同じことが磁石にも当てはまります。高温では、通常、回転がぐらつき始めます。

Khajetooriansは、「私たちが観察したネオジムの磁気挙動は、実際には「正常に」起こることに反している」と述べた。 「これは、水が加熱されたときに氷に変わるように、非常に直感的です。」

この直感に反する現象は、自然界では一般的ではありません。間違った方法で振る舞うことが知られている材料はほとんどありません。もう1つのよく知られた例はRochelle Saltです。その電荷は、より高い温度で順序付けられたパターンを形成しますが、低温でランダムに分布しています。

スピンガラスの複雑な理論的記述は、2021年の物理学のノーベル賞のテーマです。これらのスピングラスがどのように機能するかを理解することは、科学の他の分野にとっても重要です。

Khajetooriansは、「これらの材料の動作を最終的にシミュレートできれば、他の多くの材料の挙動を推測することもできます。」

潜在的な偏心挙動は、縮退の概念に関連しています。多くの異なる状態には同じエネルギーがあり、システムはイライラします。温度はこの状況を変える可能性があります。特定の状態のみが存在し、システムがモードを明示的に入力できるようにします。

この奇妙な動作は、脳のようなコンピューティングなどの新しい情報ストレージやコンピューティングの概念で使用できます。