A temperature più basse, le rotazioni nel materiale formano motivi casuali, in cui ogni motivo ruota come un'elica con una torsione particolare. Durante il riscaldamento del materiale, gli spin scelgono uno dei particolari schemi di elica, un fenomeno che normalmente si verifica quando la temperatura diminuisce nei materiali magnetici. Credito:Radboud University
I fisici hanno osservato uno strano nuovo tipo di comportamento in un materiale magnetico quando è riscaldato. Gli spin magnetici si "congelano" in uno schema statico quando la temperatura aumenta, un fenomeno che si verifica normalmente quando la temperatura diminuisce. Hanno pubblicato le loro scoperte su Nature Physics il 4 luglio.
I ricercatori hanno scoperto il fenomeno nel materiale neodimio, un elemento che hanno descritto diversi anni fa come un "vetro di rotazione autoindotto". I vetri da spin sono tipicamente leghe in cui gli atomi di ferro, ad esempio, vengono mescolati casualmente in una griglia di atomi di rame. Ogni atomo di ferro si comporta come un piccolo magnete o una rotazione. Questi giri posizionati casualmente puntano in tutti i tipi di direzioni.
A differenza degli occhiali da spin convenzionali, dove c'è una miscelazione casuale di materiali magnetici, il neodimio è un elemento e, senza quantità significative di altri materiali, mostra un comportamento vetroso nella sua forma cristallina. Le rotazioni formano schemi che vorticano come un'elica, e questo vortice è casuale e cambia costantemente.
Modello solido quando riscaldato
In questo nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto che quando hanno riscaldato il neodimio da -268°C a -265°C, gli spin si "congelano" in uno schema solido formando una specie di magnete, alla temperatura più alta. Durante il raffreddamento del materiale, i modelli casuali di eliche vorticose sono tornati. "Questo 'congelamento' del modello non si verifica normalmente nel materiale magnetico", afferma Alexander Khajetoorians, professore di microscopia a scansione di sonda alla Radboud University.
La temperatura aumenta l'energia in un solido, liquido o gas. Lo stesso vale per un magnete:con più temperatura, le rotazioni iniziano a tremare. "Il comportamento magnetico nel neodimio che abbiamo osservato è in realtà l'opposto di ciò che accade 'normalmente'. È piuttosto controintuitivo, come l'acqua che diventa un cubetto di ghiaccio quando si riscalda", afferma Khajetoorians.
Questi tipi di fenomeni non si trovano spesso in natura. Ci sono pochissimi materiali conosciuti che si comportano nel modo sbagliato. Un altro esempio ben noto è il sale di Rochelle, dove le cariche si accumulano e formano uno schema ordinato a temperatura più alta, dove a temperatura più bassa vengono distribuite casualmente.
Come funziona
La complessa descrizione teorica degli occhiali spin è stata oggetto del Premio Nobel per la Fisica assegnato a Parisi nel 2021. Capire come funzionano questi occhiali spin ha importanza anche per altri campi scientifici. "Se alla fine riusciamo a modellare il comportamento di questi materiali, questo potrebbe anche essere estrapolato al comportamento di un'ampia gamma di altri materiali".
Lo strano comportamento sottostante era legato al concetto di degenerazione:dove molti stati diversi hanno la stessa energia e il sistema diventa frustrato. L'effetto della temperatura è quello di rompere questa difficile situazione:alcuni stati sopravvivono, consentendo al sistema di stabilirsi chiaramente in uno schema. Potremmo anche essere in grado di sfruttare questo comportamento verso nuovi tipi di archiviazione delle informazioni o concetti computazionali, come l'informatica simile al cervello. + Esplora ulteriormente
