Forscher beobachteten ein seltsames neues Verhalten, wenn ein magnetisches Material erhitzt wurde.Wenn die Temperatur steigt, „friert“ der magnetische Spin in diesem Material in einen statischen Modus ein, der normalerweise auftritt, wenn die Temperatur sinkt.Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Physics.
Forscher fanden dieses Phänomen bei Neodym-Materialien.Vor einigen Jahren bezeichneten sie dieses Element als „selbstinduziertes Spinglas“.Spinglas ist normalerweise eine Metalllegierung, bei der beispielsweise Eisenatome zufällig in einem Gitter aus Kupferatomen gemischt sind.Jedes Eisenatom ist wie ein kleiner Magnet oder Spin.Diese zufällig platzierten Drehungen zeigen in verschiedene Richtungen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Spingläsern, die zufällig mit magnetischen Materialien vermischt werden, ist Neodym ein Element.In Abwesenheit einer anderen Substanz zeigt es das Verhalten der Vitrifikation in Kristallform.Durch die Rotation entsteht ein spiralförmiges Rotationsmuster, das zufällig ist und sich ständig ändert.
In dieser neuen Studie fanden Forscher heraus, dass beim Erhitzen von Neodym von -268 °C auf -265 °C sein Spin zu einem festen Muster „einfriert“ und bei einer höheren Temperatur einen Magneten bildet.Wenn das Material abkühlt, kehrt das zufällig rotierende Spiralmuster zurück.
„Diese Art des ‚Einfrierens‘ kommt in magnetischen Materialien normalerweise nicht vor“, sagte Alexander Khajetoorians, Professor für Rastersondenmikroskope an der Radboud-Universität in den Niederlanden.
Höhere Temperaturen erhöhen die Energie in Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.Das Gleiche gilt auch für Magnete: Bei höheren Temperaturen gerät die Rotation meist ins Wanken.
Khajetoorianer sagten: „Das magnetische Verhalten von Neodym, das wir beobachtet haben, steht tatsächlich im Gegensatz zu dem, was ‚normalerweise‘ passiert.“„Das ist ziemlich kontraintuitiv, so wie Wasser beim Erhitzen zu Eis wird.“
Dieses kontraintuitive Phänomen kommt in der Natur nicht häufig vor – es ist bekannt, dass sich nur wenige Materialien falsch verhalten.Ein weiteres bekanntes Beispiel ist Rochelle-Salz: Seine Ladungen bilden bei höheren Temperaturen ein geordnetes Muster, sind bei niedrigeren Temperaturen jedoch zufällig verteilt.
Die komplexe theoretische Beschreibung von Spinglas ist das Thema des Nobelpreises für Physik 2021.Das Verständnis der Funktionsweise dieser Spingläser ist auch für andere Bereiche der Wissenschaft wichtig.
Khajetoorianer sagten: „Wenn wir endlich das Verhalten dieser Materialien simulieren können, können wir daraus auch auf das Verhalten einer großen Anzahl anderer Materialien schließen.“
Mögliches exzentrisches Verhalten hängt mit dem Konzept der Degeneration zusammen: Viele verschiedene Zustände haben die gleiche Energie und das System wird frustriert.Die Temperatur kann diese Situation ändern: Es existiert nur ein bestimmter Zustand, der es dem System ermöglicht, explizit in einen Modus zu wechseln.
Dieses seltsame Verhalten kann in neuen Informationsspeicher- oder Computerkonzepten, wie etwa Brain-like Computing, zum Einsatz kommen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.08.2022
