Fisica: un sorprendente materiale magnetico si riscalda quando si congela

Solitamente quando i materiali magnetici disordinati vengono raffreddati nella giusta maniera, succede qualcosa di davvero sorprendente. La rotazione dei loro atomi si congelano e si bloccano in uno schema statico, presentando un comportamento cooperativo che non è mai stato visualizzato prima. Ora un nuovo studio ha appena scoperto il contrario.

Quando il materiale magnetico viene riscaldato in modo parziale, l’elemento magnetico naturale del neodimio si congela, scombussolando le nostre aspettative. Questo nuovo  comportamento è in realtà l’opposto di quello che avviene nella realtà. In realtà è qualcosa di abbastanza nutritivo, come l’acqua che diviene un cubetto di ghiaccio quando viene riscaldata.

Fisica: il materiale magnetico quando riscaldato si congela

In un materiale ferromagnetico naturale, come il ferro ad esempio, gli spin magnetici dei suoi atomi si allineano tutti nella stessa direzione, ossia i loro poli nord e sud sono diretti nella stessa direzione nello spazio tridimensionale. Tuttavia in alcuni materiali, come leghe di rame e ferro, le rotazioni sono piuttosto casuali. Questo processo è ciò che viene chiamato vetro rotante. Solitamente il neodimio è noto per creare ottimi magneti, ma deve essere mescolato con del ferro per far si che le rotazioni si alleino.

Il neodimio puro non si comporta come tutti gli altri magneti; solo da pochi anni i fisici hanno scoperto che questo materiale è meglio descritto come un vetro rotante autoindotto. Ciò fa sembrare questo materiale sia ancora più strano di quanto pensassimo. Quando si riscalda un materiale, l’aumento della temperatura aumenta l’energia in quel materiale. Nel caso dei magneti, questo aumenta il movimento degli spin. Tuttavia accade anche il contrario: quando si raffredda un magnete, la rotazione rallenta. Per i vetri rotanti, la temperatura di congelamento è il punto in cui il vetro rotativo si comporta più come un ferromagnete convenzionale.

Fenomeno chiamato frustrazione

Riguardo ciò un gruppo di ricercatori ha voluto sondare come si comporta il neodimio al variare delle temperature. È interessante notare che hanno scoperto che l’aumento della temperatura del neodimio da -268 gradi Celsius a -265 gradi Celsius induceva lo stato di congelamento che si vede solitamente quando si raffredda un vetro rotante. Non è chiaro il motivo per cui ciò avvenga, poiché è molto raro che un materiale naturale si comporti nel modo “sbagliato”, contrariamente a come si comportano tutti gli altri materiali del suo genere. Tuttavia, gli scienziati ritengono che possa avere a che fare con un fenomeno chiamato frustrazione.

È possibile che il neodimio abbia alcune correlazioni nel suo stato di rotazione del vetro che dipendono dalla temperatura. L’aumento della temperatura indebolisce questi, e quindi anche la frustrazione, consentendo alle trottole di stabilizzarsi in un allineamento. Ulteriori indagini potrebbero rivelare il meccanismo alla base di questo strano comportamento in cui l’ordine emerge dal disordine con l’aggiunta di energia; i ricercatori notano che questo ha implicazioni che vanno ben oltre la fisica.

Ph. Credit: Wikipedia