Físicos surpreendidos com este material magnético que congela quando aquecido

Físicos surpreendidos com este material magnético que “congela quando aquecido”

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Quando materiais magnéticos desordenados são resfriados à temperatura certa, algo interessante acontece.

Os spins de seus átomos são “congelados” e fixados em um padrão estático, mostrando um comportamento cooperativo que normalmente não é exibido.

Agora, pela primeira vez, os físicos viram o oposto.

Quando aquecido fracionado, o neodímio, elemento magnético natural, congela, virando todas as nossas expectativas de cabeça para baixo.

Alexander Khajetoorians, físico da Universidade Radboud, na Holanda, disse em um comunicado:

“O comportamento magnético do neodímio que observamos é na verdade o oposto do que ocorre ‘normalmente’, é bastante contra-intuitivo, como se a água se transformasse em um cubo de gelo quando aquecida.”

Em um material ferromagnético convencional, como o ferro, os spins magnéticos dos átomos se alinham todos na mesma direção, ou seja, seus polos magnéticos norte e sul estão orientados da mesma maneira no espaço tridimensional.

Os materiais podem ser classificados, de acordo com as suas propriedades magnéticas, em três tipos: ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos.
Os materiais podem ser classificados, de acordo com as suas propriedades magnéticas, em três tipos: ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos.

Mas em alguns materiais, como algumas ligas de cobre e ferro, os spins são bastante aleatórios.

Este estado é o que é conhecido como um cristal de spin.

Você pode pensar “mas o neodímio é conhecido por fazer ótimos ímãs” e você estaria certo…

Mas tem que ser misturado com ferro para que os spins se alinhem.

O neodímio puro não se comporta como outros ímãs.

Apenas dois anos atrás, os físicos determinaram que esse material é, de fato, melhor descrito como um cristal de spin auto-induzido.

Neodímio, mais estranho do que se pensava

O neodímio (gr. neo, novo, dydimos, gêmeo) é um elemento químico de símbolo Nd e de número atômico igual a 60 (60 prótons e 60 elétrons), e massa atómica 144,2 u.
O neodímio (gr. neo, novo, dydimos, gêmeo) é um elemento químico de símbolo Nd e de número atômico igual a 60 (60 prótons e 60 elétrons), e massa atómica 144,2 u.

Agora, parece que o neodímio é ainda mais estranho do que pensávamos.

Quando um material é aquecido, o aumento da temperatura aumenta a energia desse material.

No caso dos ímãs, isso aumenta o movimento dos giros.

Mas o oposto também acontece:

Quando um ímã esfria, os giros diminuem.

No caso dos vidros de spin, a temperatura de congelamento é o ponto em que o vidro de spin se comporta mais como um ferro ímã convencional.

Liderada pelo físico Benjamin Verlhac, da Universidade Radboud, uma equipe de cientistas queria ver como o neodímio se comportava com as mudanças de temperatura.

Em temperaturas mais baixas, as torções no material formam padrões aleatórios, onde cada padrão gira como uma hélice com uma torção particular.
Em temperaturas mais baixas, as torções no material formam padrões aleatórios, onde cada padrão gira como uma hélice com uma torção particular.

Curiosamente, eles descobriram que aumentar a temperatura do neodímio de -268 graus Celsius para -265 graus Celsius (-450,4 a -445 Fahrenheit) induziu o estado congelado normalmente visto ao resfriar um cristal de spin.

Quando os cientistas resfriaram o neodímio novamente, os spins saíram novamente.



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Não está claro por que isso acontece, pois é muito raro um material natural se comportar de maneira “errada”, ao contrário de como todos os outros materiais de sua classe se comportam.

Ímãs de neodímio.
Ímãs de neodímio.

No entanto, os cientistas acreditam que pode ter a ver com um fenômeno chamado frustração.

Isso ocorre quando um material é incapaz de atingir um estado ordenado, dando origem a um estado básico desordenado, como o que vemos em vidros de spin.

Segundo os pesquisadores, é possível que o neodímio tenha certas correlações dependentes da temperatura em seu estado de vidro giratório.

O aumento da temperatura enfraquece essas correlações e, portanto, a frustração, permitindo que os spins se alinhem.

Uma investigação mais aprofundada poderia revelar o mecanismo por trás desse estranho comportamento no qual a ordem emerge da desordem com a adição de energia, os pesquisadores apontam que isso tem implicações que vão além da física.

Khajetoorians disse:

“Esse ‘congelamento’ do padrão normalmente não ocorre em material magnético, se pudermos finalmente modelar como esses materiais se comportam, isso também pode ser extrapolado para o comportamento de uma ampla gama de outros materiais.”

Os resultados da pesquisa foram publicados na Nature Physics.

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