I magneti permanenti più potenti oggi contengono un mix degli elementi neodimio e ferro. Però, il neodimio da solo non si comporta come nessun magnete conosciuto, confondendo i ricercatori per più di mezzo secolo. I fisici della Radboud University e dell'Università di Uppsala hanno dimostrato che il neodimio si comporta come un vetro di spin autoindotto, il che significa che è composto da un mare increspato di tanti minuscoli magneti vorticosi che circolano a velocità diverse e si evolvono costantemente nel tempo. Comprendere questo nuovo tipo di comportamento magnetico affina la nostra comprensione degli elementi sulla tavola periodica, e potrebbe eventualmente aprire la strada a nuovi materiali per l'intelligenza artificiale. I risultati saranno pubblicati il ​​29 maggio, in Scienza .

"In un barattolo di miele, potresti pensare che le aree una volta chiare che sono diventate giallo lattiginose siano andate a male. Ma piuttosto, il vasetto di miele inizia a cristallizzare. È così che potresti percepire il 'processo di invecchiamento nel neodimio, "dice Alexander Khajetoorians, professore di microscopia a scansione di sonda. Con il professor Mikhail Katsnelson e l'assistente professore Daniel Wegner, scoprì che il materiale neodimio si comporta in un modo magnetico complesso mai osservato prima in un elemento della tavola periodica.

Magneti e bicchieri vorticosi

I magneti sono definiti da un polo nord e un polo sud. Sezionare un normale magnete da frigo rivela molti magneti atomici, i cosiddetti giri, che sono allineati lungo la stessa direzione e definiscono il polo nord e il polo sud. In modo molto diverso, alcuni materiali in lega esistono come vetro di rotazione, in cui gli spin spaziati casualmente puntano in tutti i tipi di direzioni. Gli occhiali da spinning derivano il loro nome dall'amorfo, struttura in evoluzione degli atomi in un pezzo di vetro. In questo modo, i vetri di spin collegano il comportamento magnetico ai fenomeni nella materia più morbida, come liquidi e gel.

È noto che i vetri di spin si verificano in leghe, che sono combinazioni di metalli con uno o più altri elementi e con una struttura amorfa, ma mai in elementi puri della tavola periodica. Sorprendentemente, I ricercatori di Radboud hanno scoperto che le rotazioni atomiche di un pezzo perfettamente ordinato dell'elemento delle terre rare neodimio formano modelli che ruotano come un'elica ma cambiano costantemente il modello esatto dell'elica. Questa è la manifestazione di un nuovo stato della materia chiamato vetro di spin autoindotto.

Vedendo la struttura magnetica

"A Nimega, siamo specialisti nella microscopia a scansione tunnel (STM). Ci permette di vedere la struttura dei singoli atomi, e possiamo risolvere i poli nord e sud degli atomi, " Spiega Wegner. "Con questo progresso nell'imaging ad alta precisione, siamo stati in grado di scoprire il comportamento del neodimio, perché potremmo risolvere i cambiamenti incredibilmente piccoli nella struttura magnetica. Non è una cosa facile da fare".

Un materiale che si comporta come i neuroni

Questa scoperta apre la possibilità che questo comportamento magnetico complesso e vetroso possa essere osservato anche in nuovi materiali, inclusi altri elementi della tavola periodica. Khajetoorians dice, "Raffinerà la conoscenza da manuale delle proprietà di base della materia. Ma fornirà anche un terreno di prova per sviluppare nuove teorie in cui possiamo collegare la fisica ad altri campi, Per esempio, neuroscienze teoriche. La complessa evoluzione del neodimio può essere una piattaforma per imitare il comportamento di base utilizzato nell'intelligenza artificiale. Tutti i modelli complessi che possono essere memorizzati in questo materiale possono essere collegati al riconoscimento delle immagini".

Con il progresso dell'IA e la sua grande impronta energetica, c'è una crescente domanda di creare materiali in grado di eseguire compiti simili al cervello direttamente nell'hardware. "Non potresti mai costruire un computer ispirato al cervello con semplici magneti, ma i materiali con questo comportamento complesso potrebbero essere candidati idonei, " Dice Khajetoorians.