نئودیمیم در دماهای بالاتر "یخ می زند".

هنگامی که یک ماده مغناطیسی گرم می شد، محققان رفتار عجیب جدیدی را مشاهده کردند.هنگامی که دما افزایش می یابد، چرخش مغناطیسی در این ماده به حالت استاتیک "یخ می زند" که معمولاً با کاهش دما اتفاق می افتد.محققان یافته های خود را در مجله Nature Physics منتشر کردند.

محققان این پدیده را در مواد نئودیمیم یافته اند.چند سال پیش، آنها این عنصر را به عنوان "شیشه چرخشی خود القا شده" توصیف کردند.شیشه اسپین معمولاً یک آلیاژ فلزی است، به عنوان مثال، اتم های آهن به طور تصادفی در شبکه ای از اتم های مس مخلوط می شوند.هر اتم آهن مانند یک آهنربای کوچک یا اسپین است.این چرخش‌های به‌طور تصادفی در جهات مختلف قرار می‌گیرند.

بر خلاف شیشه های چرخشی سنتی که به طور تصادفی با مواد مغناطیسی مخلوط می شوند، نئودیمیم یک عنصر است.در غیاب هر ماده دیگری، رفتار انجمادی را به شکل کریستالی نشان می دهد.چرخش یک الگوی چرخش مانند یک مارپیچ را تشکیل می دهد که تصادفی است و دائماً در حال تغییر است.

در این مطالعه جدید، محققان دریافتند که هنگامی که نئودیمیم را از -268 درجه سانتیگراد تا -265 درجه سانتیگراد گرم می کنند، چرخش آن به شکل جامد "یخ زده" می شود و آهنربایی در دمای بالاتر تشکیل می دهد.با سرد شدن مواد، الگوی مارپیچی چرخان تصادفی برمی گردد.

الکساندر خاجتوریان، استاد میکروسکوپ کاوشگر روبشی در دانشگاه رادبود در هلند، گفت: «این حالت «انجماد» معمولاً در مواد مغناطیسی رخ نمی‌دهد.

دماهای بالاتر باعث افزایش انرژی در جامدات، مایعات یا گازها می شود.همین امر در مورد آهنرباها نیز صدق می کند: در دماهای بالاتر، چرخش معمولاً شروع به لرزیدن می کند.

خواجه‌طوریان می‌گویند: «رفتار مغناطیسی نئودیمیم که ما مشاهده کردیم، در واقع برخلاف آنچه «به‌طور معمول» اتفاق می‌افتد، است."این کاملا غیر شهودی است، درست مانند آب که با گرم شدن به یخ تبدیل می شود."

این پدیده ضد شهودی در طبیعت رایج نیست - مواد کمی شناخته شده است که به روشی اشتباه رفتار می کنند.نمونه معروف دیگر نمک روشل است: بارهای آن در دماهای بالاتر یک الگوی مرتب تشکیل می دهند، اما در دماهای پایین تر به طور تصادفی توزیع می شوند.

توصیف نظری پیچیده اسپین شیشه موضوع جایزه نوبل فیزیک 2021 است.درک نحوه عملکرد این عینک های چرخشی برای سایر زمینه های علم نیز مهم است.

خواجه‌طوریان گفت: اگر بتوانیم رفتار این مواد را در نهایت شبیه‌سازی کنیم، می‌توان رفتار تعداد زیادی از مواد دیگر را نیز استنباط کرد.

رفتار غیرعادی بالقوه با مفهوم انحطاط مرتبط است: بسیاری از حالات مختلف انرژی یکسانی دارند و سیستم ناامید می شود.دما می تواند این وضعیت را تغییر دهد: فقط یک حالت خاص وجود دارد که به سیستم اجازه می دهد به صراحت وارد یک حالت شود.

این رفتار عجیب ممکن است در ذخیره سازی اطلاعات جدید یا مفاهیم محاسباتی مانند محاسبات مغزی استفاده شود.