นีโอไดเมียม 'แข็งตัว' ที่อุณหภูมิสูงขึ้น

นักวิจัยสังเกตเห็นพฤติกรรมใหม่ที่แปลกประหลาดเมื่อวัสดุแม่เหล็กถูกให้ความร้อนเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การหมุนของแม่เหล็กในวัสดุนี้จะ “ค้าง” เข้าสู่โหมดคงที่ ซึ่งมักจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงนักวิจัยได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของพวกเขาในวารสาร Nature Physics

นักวิจัยพบปรากฏการณ์นี้ในวัสดุนีโอไดเมียมเมื่อไม่กี่ปีก่อน พวกเขาเรียกองค์ประกอบนี้ว่า "แก้วหมุนที่เกิดจากตัวเอง"แก้วสปินมักเป็นโลหะผสม ตัวอย่างเช่น อะตอมของเหล็กจะถูกสุ่มผสมลงในตารางอะตอมของทองแดงอะตอมของเหล็กแต่ละอะตอมก็เหมือนกับแม่เหล็กขนาดเล็กหรือสปินการหมุนแบบสุ่มเหล่านี้จะชี้ไปในทิศทางต่างๆ

นีโอไดเมียมเป็นองค์ประกอบซึ่งแตกต่างจากแว่นตาหมุนแบบดั้งเดิมที่สุ่มผสมกับวัสดุแม่เหล็กในกรณีที่ไม่มีสารอื่นใดก็แสดงให้เห็นพฤติกรรมของการกลายเป็นแก้วในรูปผลึกการหมุนทำให้เกิดรูปแบบการหมุนเหมือนเกลียวซึ่งเป็นแบบสุ่มและเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา

ในการศึกษาใหม่นี้ นักวิจัยพบว่าเมื่อพวกเขาให้ความร้อนนีโอไดเมียมจาก -268 ° C ถึง -265 ° C การหมุนของมันจะ "แข็งตัว" เป็นรูปแบบของแข็ง และก่อตัวเป็นแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อวัสดุเย็นลง รูปแบบเกลียวที่หมุนแบบสุ่มจะกลับมา

Alexander khajetoorians ศาสตราจารย์ด้านกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนที่มหาวิทยาลัย Radboud ประเทศเนเธอร์แลนด์ กล่าวว่า "โหมด 'การแช่แข็ง' นี้มักจะไม่เกิดขึ้นในวัสดุแม่เหล็ก"

อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเพิ่มพลังงานในของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซเช่นเดียวกับแม่เหล็ก: ที่อุณหภูมิสูงขึ้น การหมุนมักจะเริ่มโยกเยก

Khajetoorians กล่าวว่า “พฤติกรรมทางแม่เหล็กของนีโอไดเมียมที่เราสังเกตเห็นนั้นตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้น 'ตามปกติ' จริงๆ”“นี่ค่อนข้างขัดกับสัญชาตญาณ เหมือนกับน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็งเมื่อถูกความร้อน”

ปรากฏการณ์ขัดกับสัญชาตญาณนี้ไม่ใช่เรื่องปกติในธรรมชาติ - มีวัสดุเพียงไม่กี่ชนิดที่ทราบว่ามีพฤติกรรมผิดทางอีกตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือเกลือโรแชล: ประจุของเกลือก่อตัวเป็นรูปแบบที่เรียงลำดับที่อุณหภูมิสูงกว่า แต่จะกระจายแบบสุ่มที่อุณหภูมิต่ำกว่า

คำอธิบายทางทฤษฎีที่ซับซ้อนของแก้วหมุนเป็นหัวข้อสำคัญของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2021การทำความเข้าใจวิธีการทำงานของแก้วหมุนเหล่านี้มีความสำคัญต่อวิทยาศาสตร์สาขาอื่นๆ เช่นกัน

Khajetoorians กล่าวว่า "ถ้าเราสามารถจำลองพฤติกรรมของวัสดุเหล่านี้ได้ในที่สุด มันก็สามารถสรุปพฤติกรรมของวัสดุอื่นๆ จำนวนมากได้เช่นกัน"

พฤติกรรมที่ผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นนั้นสัมพันธ์กับแนวคิดเรื่องความเสื่อม: รัฐต่างๆ หลายแห่งมีพลังงานเท่ากัน และระบบจะหงุดหงิดอุณหภูมิสามารถเปลี่ยนสถานการณ์นี้ได้: มีเพียงสถานะเฉพาะเท่านั้น ทำให้ระบบสามารถเข้าสู่โหมดได้อย่างชัดเจน

พฤติกรรมแปลกๆ นี้อาจถูกนำมาใช้ในการจัดเก็บข้อมูลใหม่ๆ หรือแนวคิดด้านคอมพิวเตอร์ เช่น สมองเหมือนกับคอมพิวเตอร์