مادة مغناطيسية تتجمد عند تسخينها

مادة مغناطيسية تتجمد عند تسخينها

لعبة مغناطيس نيوديميوم.

عندما يتم تبريد المواد المغناطيسية غير المنتظمة إلى درجة الحرارة المناسبة ، يحدث شيء مثير للاهتمام. '' تتجمد '' دورات ذراتها وتثبت في مكانها بنمط ثابت ، مما يُظهر سلوكًا تعاونيًا لا يُعرض عادةً.

الآن ولأول مرة ، رأى الفيزيائيون العكس. عند تسخينه جزئيًا ، يتجمد عنصر النيوديميوم المغناطيسي الطبيعي ، مما يحول كل توقعاتنا رأسا على عقب.

قال الفيزيائي ألكسندر خاجتوريانز من جامعة رادبود في هولندا : "السلوك المغناطيسي في النيوديميوم الذي لاحظناه هو في الواقع عكس ما يحدث" بشكل طبيعي " .

"إنه أمر غير منطقي تمامًا ، مثل الماء الذي يتحول إلى مكعب ثلج عند تسخينه."

في مادة مغناطيسية حديدية تقليدية ، مثل الحديد ، تصطف جميع الدورات المغناطيسية للذرات في نفس الاتجاه ؛ أي أن أقطابهم المغناطيسية الشمالية والجنوبية موجهة بنفس الطريقة في الفضاء ثلاثي الأبعاد.

ولكن في بعض المواد ، مثل بعض سبائك النحاس والحديد ، تكون السبينات عشوائية تمامًا. هذه الحالة هي ما يُعرف بزجاج الدوران.

قد تفكر في "لكن النيوديميوم معروف جيدًا بصنع مغناطيس ممتاز" وستكون على صواب ... ولكن يجب مزجه بالحديد من أجل محاذاة اللفات. النيوديميوم النقي لا يتصرف مثل المغناطيسات الأخرى ؛ قبل عامين فقط قرر الفيزيائيون أن هذه المادة ، في الواقع ، أفضل وصف لها بأنها زجاج تدور ذاتيًا .

الآن ، يبدو أن النيوديميوم أغرب مما كنا نظن.

عندما تقوم بتسخين مادة ما ، فإن ارتفاع درجة الحرارة يزيد من الطاقة في تلك المادة. في حالة المغناطيس ، يزيد هذا من حركة الدورات. ولكن يحدث العكس أيضًا: عندما تبرد مغناطيسًا ، تتباطأ الدورات.

بالنسبة لنظارات الدوران ، تكون درجة حرارة التجمد هي النقطة التي يتصرف فيها زجاج الدوران بشكل أشبه بمغناطيس حديدي تقليدي.

بقيادة الفيزيائي بنجامين فيرلهاك Benjamin Verlhac من جامعة رادبود Radboud University ، أراد فريق من العلماء التحقيق في كيفية تصرف النيوديميوم تحت درجات الحرارة المتغيرة. ومن المثير للاهتمام أنهم وجدوا أن رفع درجة حرارة النيوديميوم من -268 درجة مئوية إلى -265 درجة مئوية (-450.4 إلى -445 فهرنهايت) تسبب في حالة التجمد التي تُشاهد عادةً عند تبريد زجاج الدوران.

عندما قام العلماء بتبريد النيوديميوم مرة أخرى ، سقطت الدورات مرة أخرى في حالة من الفوضى.

من غير الواضح سبب حدوث ذلك ، نظرًا لأنه من النادر جدًا أن تتصرف مادة طبيعية بطريقة "خاطئة" ، على عكس سلوك جميع المواد الأخرى من نوعها. ومع ذلك ، يعتقد العلماء أن الأمر قد يكون له علاقة بظاهرة تسمى الإحباط.

يحدث هذا عندما تكون المادة غير قادرة على الوصول إلى حالة منظمة ، مما يؤدي إلى حالة أرضية مضطربة ، كما نراها في زجاج الدوران.

قال الباحثون إنه من الممكن أن يكون للنيوديميوم بعض الارتباطات في حالته الزجاجية التي تعتمد على درجة الحرارة. يؤدي رفع درجة الحرارة إلى إضعافها ، وبالتالي الإحباط ، مما يسمح للدوران بالاستقرار في محاذاة.

يمكن أن يكشف مزيد من التحقيق عن الآلية الكامنة وراء هذا السلوك الغريب الذي ينشأ فيه النظام من الاضطراب مع إضافة الطاقة ؛ لاحظ الباحثون أن هذا له آثار تتعدى الفيزياء.

وأوضح خاجتوريان أن "هذا التجمد للنمط لا يحدث عادة في المواد المغناطيسية" .

"إذا تمكنا في النهاية من نمذجة كيفية تصرف هذه المواد ، فيمكن أيضًا استقراء هذا لسلوك مجموعة واسعة من المواد الأخرى."