"يتجمد" النيوديميوم عند درجات حرارة أعلى

لاحظ الباحثون سلوكًا جديدًا غريبًا عند تسخين مادة مغناطيسية.عندما ترتفع درجة الحرارة، فإن الدوران المغناطيسي في هذه المادة "يتجمد" في وضع ثابت، والذي يحدث عادة عندما تنخفض درجة الحرارة.ونشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature Physics.

وجد الباحثون هذه الظاهرة في مواد النيوديميوم.قبل بضع سنوات، وصفوا هذا العنصر بأنه "الزجاج المغزلي المستحث ذاتيًا".عادة ما يكون الزجاج المغزلي عبارة عن سبيكة معدنية، على سبيل المثال، يتم خلط ذرات الحديد بشكل عشوائي في شبكة من ذرات النحاس.كل ذرة حديد تشبه مغناطيسًا صغيرًا، أو تدور.تشير هذه الدورات الموضوعة بشكل عشوائي في اتجاهات مختلفة.

على عكس النظارات الدوارة التقليدية، التي يتم خلطها بشكل عشوائي مع المواد المغناطيسية، فإن النيوديميوم هو عنصر.وفي حالة عدم وجود أي مادة أخرى فإنه يظهر سلوك التزجيج في الشكل البلوري.ويشكل الدوران نمطًا من الدوران يشبه الحلزون، وهو عشوائي ومتغير باستمرار.

في هذه الدراسة الجديدة، وجد الباحثون أنه عندما قاموا بتسخين النيوديميوم من -268 درجة مئوية إلى -265 درجة مئوية، "تجمد" دورانه إلى نمط صلب، مما شكل مغناطيسًا عند درجة حرارة أعلى.عندما تبرد المادة، يعود النمط الحلزوني الذي يدور بشكل عشوائي.

وقال ألكسندر خاجيتوريانز، أستاذ المجهر المسبار الماسح في جامعة رادبود في هولندا: "هذا النمط من "التجميد" لا يحدث عادة في المواد المغناطيسية".

تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة الطاقة في المواد الصلبة أو السوائل أو الغازات.الأمر نفسه ينطبق على المغناطيس: في درجات الحرارة المرتفعة، يبدأ الدوران عادة في التذبذب.

وقال خاجيتوريانس: "إن السلوك المغناطيسي للنيوديميوم الذي لاحظناه يتعارض في الواقع مع ما يحدث "عادةً".""هذا أمر غير بديهي تمامًا، تمامًا مثلما يتحول الماء إلى ثلج عند تسخينه."

هذه الظاهرة غير البديهية ليست شائعة في الطبيعة، فمن المعروف أن القليل من المواد تتصرف بطريقة خاطئة.مثال آخر معروف هو ملح روشيل: تشكل شحناته نمطًا منظمًا عند درجات الحرارة المرتفعة، ولكنها موزعة عشوائيًا عند درجات الحرارة المنخفضة.

الوصف النظري المعقد للزجاج المغزلي هو موضوع جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2021.إن فهم كيفية عمل هذه النظارات الدوارة مهم أيضًا لمجالات العلوم الأخرى.

وقال خاجيتوريانز: "إذا تمكنا أخيرًا من محاكاة سلوك هذه المواد، فيمكننا أيضًا استنتاج سلوك عدد كبير من المواد الأخرى".

يرتبط السلوك الغريب المحتمل بمفهوم الانحطاط: العديد من الحالات المختلفة لديها نفس الطاقة، ويصبح النظام محبطًا.يمكن أن تغير درجة الحرارة هذا الوضع: توجد حالة محددة فقط، مما يسمح للنظام بالدخول بشكل صريح إلى الوضع.

يمكن استخدام هذا السلوك الغريب في تخزين المعلومات الجديدة أو في مفاهيم الحوسبة، مثل الحوسبة التي تشبه الدماغ.