La magnetizzazione di un materiale senza applicare un campo magnetico esterno è proposta dai ricercatori dell'Università statale di San Paolo (UNESP), Brasile, in un articolo pubblicato sulla rivista Rapporti scientifici , dove descrivono in dettaglio l'approccio sperimentale utilizzato per raggiungere questo obiettivo.

Lo studio faceva parte del dottorato di ricerca. ricerca portata avanti da Lucas Squillante sotto la supervisione di Mariano de Souza, professore al Dipartimento di Fisica dell'UNESP a Rio Claro. Contributi sono stati forniti anche da Isys Mello, un altro dottorato candidato supervisionato da Souza, e Antonio Seridonio, professore presso il Dipartimento di Fisica e Chimica dell'UNESP a Ilha Solteira. Il gruppo è stato sostenuto da FAPESP.

"In poche parole, la magnetizzazione si verifica quando un sale viene compresso adiabaticamente, senza scambiare calore con l'ambiente esterno, " Ha detto Souza. "La compressione aumenta la temperatura del sale e allo stesso tempo riorganizza gli spin delle sue particelle. Di conseguenza, l'entropia totale del sistema rimane costante e il sistema rimane magnetizzato alla fine del processo."

Per aiutare a comprendere il fenomeno, vale la pena ricordare le basi dello spin e dell'entropia.

Lo spin è una proprietà quantistica che rende le particelle elementari (quark, elettroni, fotoni, eccetera.), particelle composte (protoni, neutroni, mesoni, ecc.) e anche gli atomi e le molecole si comportano come minuscoli magneti, che punta a nord o a sud - spin verso l'alto e verso il basso - quando è sottoposto a un campo magnetico.

"Materiali paramagnetici come l'alluminio, che è un metallo, sono magnetizzati solo quando viene applicato un campo magnetico esterno. Materiali ferromagnetici, compreso il ferro, possono mostrare magnetizzazione finita anche in assenza di un campo magnetico applicato perché hanno domini magnetici, "Souza ha spiegato.

L'entropia è fondamentalmente una misura delle configurazioni o degli stati accessibili del sistema. Maggiore è il numero di stati accessibili, maggiore è l'entropia. fisico austriaco Ludwig Boltzmann (1844-1906), utilizzando un approccio statistico, associata l'entropia di un sistema, che è una grandezza macroscopica, con il numero di possibili configurazioni microscopiche che costituiscono il suo macrostato. "Nel caso di un materiale paramagnetico, l'entropia incarna una distribuzione di probabilità che descrive il numero di spin verso l'alto o verso il basso nelle particelle che contiene, " ha detto Suza.

Nello studio recentemente pubblicato, un sale paramagnetico è stato compresso in un'unica direzione. "L'applicazione della sollecitazione uniassiale riduce il volume del sale. Poiché il processo viene condotto senza alcuno scambio di calore con l'ambiente, la compressione produce un aumento adiabatico della temperatura del materiale. Un aumento della temperatura significa un aumento dell'entropia. Per mantenere costante l'entropia totale nel sistema, ci deve essere una componente di riduzione locale dell'entropia che compensi l'aumento della temperatura. Di conseguenza, gli spin tendono ad allinearsi, portando alla magnetizzazione del sistema, " ha detto Suza.

L'entropia totale del sistema rimane costante, e la compressione adiabatica porta alla magnetizzazione. "Sperimentalmente, la compressione adiabatica si ottiene quando il campione viene compresso per un tempo inferiore a quello necessario per il rilassamento termico, il tempo tipico impiegato dal sistema per scambiare calore con l'ambiente, " ha detto Suza.

I ricercatori propongono anche che l'aumento adiabatico della temperatura possa essere utilizzato per studiare altri sistemi interagenti, come i condensati di Bose-Einstein negli isolanti magnetici, e sistemi spin-ice dipolari.