KADA se određeni magnetski materijali ohlade na pravu temperaturu, događa se nešto zanimljivo. Spinovi njihovih atoma se zamrzavaju i ostaju na svojem mjestu u statičnom obrascu.

No, sada su fizičari uočili da se jedan materijal ponaša potpuno drugačije. Kada se djelomično zagrije, magnetski element neodimij se smrzava; što je iznenadilo znanstvenu zajednicu.

"To je poput vode koja bi se zaledila prilikom zagrijavanja"

"Magnetsko ponašanje neomidija zapravo je suprotno od onoga što se normalno događa. To je prilično kontraintuitivno, poput vode koja bi se zaledila prilikom zagrijavanja", rekao je fizičar Alexander Khajetoorians sa Sveučilišta Radboud u Nizozemskoj.

U konvencionalnom feromagnetskom materijalu, kao što je željezo, svi magnetski spinovi atoma poravnati su u istom smjeru; odnosno njihov sjeverni i južni magnetski pol orijentirani su na isti način u trodimenzionalnom prostoru. Ali u nekim materijalima, kao što su neke legure bakra i željeza, spinovi su prilično nasumični. Ovo stanje se naziva spinsko staklo.

Mada se neodimij koristi pri izradi magneta, mora se pomiješati sa željezom kako bi se poravnali spinovi atoma. Čisti neodimij ne ponaša se kao drugi magneti; tek prije dvije godine fizičari su shvatili da bi se ovaj materijal mogao najbolje opisati kao samoinducirano spinsko staklo.

Čudan neodimij

No, novo istraživanje pokazuje da je neodimij još čudniji nego što se mislilo. Kada zagrijavate materijal, porast temperature povećava energiju u tom materijalu. U slučaju magneta, to povećava kretanje spinova. Kada ohladite magnet, spinovi se usporavaju.

Za spinsko stakla, temperatura smrzavanja je točka na kojoj se spinsko staklo ponaša više kao konvencionalni feromagnet, piše Science Alert.

Fizičar Benjamin Verlhac sa Sveučilišta Radboud i njegovi kolege htjeli su ispitati kako se neodimij ponaša pri promjenjivim temperaturama. Pritom su otkrili nešto zanimljivo. Prilikom podizanja temperature neodimija s -268 stupnjeva Celzijusa na -265 stupnjeva dolazi do faze smrzavanja. Kad su znanstvenici ponovno ohladili neodimij, spinovi su opet postali nasumični.

Za sada nije poznato što se točno događa

Nije za sada jasno zašto se to događa, budući da se prirodni materijali rijetko ponašaju na čudan način. Međutim, znanstvenici smatraju da bi to moglo imati veze s fenomenom koji se zove frustracija.

Frustracija opisuje materijal koji ne može postići uređeno stanje, što rezultira neuređenim sustavom kakvo vidimo u spinskom staklu. Moguće je, navode stručnjaci, da neodimij ima određene korelacije u svom stanju spinskog stakla koje ovise o temperaturi. Podizanje temperature ih slabi, a time i frustraciju, dopuštajući spinovima da se poravnaju.

No za pravi odgovor na pitanje što se tu točno događa, morat ćemo pričekati daljnje studije.

Istraživanje naziva Thermally induced magnetic order from glassiness in elemental neodymium objavljeno je u časopisu Nature Physics.