研究人員在一種磁性材料被加熱時觀察到一種奇怪的新型行為。當(dāng)溫度上升時，這種材料中的磁性自旋“凍結(jié)”成一種靜態(tài)模式，這種現(xiàn)象通常在溫度下降時發(fā)生。研究人員在《自然物理》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。
研究人員在釹材料中發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，幾年前他們將這種元素描述為“自誘導(dǎo)自旋玻璃”。自旋玻璃通常是金屬合金，例如，鐵原子隨機混合到銅原子網(wǎng)格中。每個鐵原子都像一個小磁鐵，或自旋。這些隨機放置的自旋指向各種方向。
與由磁性材料隨機混合而成的傳統(tǒng)自旋玻璃不同，釹是一種元素。在沒有任何其他物質(zhì)的情況下，它以晶體形式表現(xiàn)出玻璃化的行為。旋轉(zhuǎn)形成了像螺旋一樣旋轉(zhuǎn)的圖案，這種旋轉(zhuǎn)是隨機的，不斷變化的。
在這項新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們將釹從-268 C加熱到-265 C時，它的自旋“凍結(jié)”成一種固體圖案，在更高的溫度下形成一種磁鐵。當(dāng)冷卻材料時，隨機旋轉(zhuǎn)的螺旋圖案又回來了。
“這種模式的‘凍結(jié)’通常不會發(fā)生在磁性材料中，”荷蘭奈梅亨大學(xué)(Radboud University)的掃描探針顯微鏡教授Alexander Khajetoorians說。
較高的溫度會增加固體、液體或氣體中的能量。同樣的道理也適用于磁鐵：在更高的溫度下，旋轉(zhuǎn)通常會開始抖動。
Khajetoorians說：“我們觀察到的釹的磁性行為實際上與‘正?！l(fā)生的情況相反?！薄斑@是相當(dāng)違反直覺的，就像水加熱時會變成冰塊一樣?！?/p>
這種違反直覺的現(xiàn)象在自然界中并不常見——已知很少有材料會以錯誤的方式表現(xiàn)出來。另一個眾所周知的例子是羅謝爾鹽：它的電荷在較高的溫度下形成有序的模式，但在較低的溫度下則隨機分布。
自旋玻璃的復(fù)雜理論描述是2021年諾貝爾物理學(xué)獎的主題。弄清楚這些自旋眼鏡的工作原理對其他科學(xué)領(lǐng)域也很重要。
Khajetoorians說：“如果我們最終可以模擬這些材料的行為，這也可以推斷出其他大量材料的行為。”
潛在的古怪行為與簡并的概念有關(guān)：許多不同的狀態(tài)具有相同的能量，系統(tǒng)變得沮喪。溫度可以改變這種情況：只有特定的狀態(tài)存在，允許系統(tǒng)明確地進入一種模式。
這種奇怪的行為可能會被用于新型的信息存儲或計算概念，比如類腦計算。
