Este es el material magnético que se "congela" cuando se calienta y que tiene sorprendido a los físicos


Un juguete con imán de neodimio. (Clarence Risher/Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0)
Un juguete con imán de neodimio. (Clarence Risher/Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0)

El neodimio es un elemento que, en ausencia de cantidades significativas de cualquier otro material, presenta un comportamiento vítreo en su estado cristalino, en contraste con los vidrios de espín ordinarios, en los que los elementos magnéticos se mezclan al azar. Los espines forman patrones que giran como una hélice, y este giro es aleatorio y cambia constantemente.

Se observa un nuevo tipo de comportamiento en un material magnético cuando se calienta. Los físicos de la Universidad de Radboud descubrieron el fenómeno en el material neodimio, un material que se describe como "cristal de espín autoinducido". Los espines magnéticos se "congelan" en un patrón estático cuando aumenta la temperatura, un fenómeno que suele producirse cuando ésta disminuye.

Calentando el neodimio de -268 C a -265 C, los científicos descubrieron que los espines se congelan en un patrón sólido formando un tipo de imán a la temperatura más alta. El enfriamiento del material hace que vuelvan a aparecer los patrones de hélices aleatorias.

A temperaturas más bajas, los espines del material forman patrones aleatorios, en los que cada patrón gira como una hélice con un giro particular. Al calentar el material, los espines eligen uno de los patrones de hélice particulares, un fenómeno que normalmente ocurre cuando la temperatura disminuye en los materiales magnéticos. Crédito: Universidad de Radboud
A temperaturas más bajas, los espines del material forman patrones aleatorios, en los que cada patrón gira como una hélice con un giro particular. Al calentar el material, los espines eligen uno de los patrones de hélice particulares, un fenómeno que normalmente ocurre cuando la temperatura disminuye en los materiales magnéticos. Crédito: Universidad de Radboud

Alexander Khajetoorians, profesor de microscopía de sonda de barrido de la Universidad de Radboud, dijo: 

"Esta "congelación" del patrón no se produce normalmente en un material magnético".

"La temperatura aumenta la energía en un sólido, un líquido o un gas. Lo mismo ocurre con un imán: los espines empiezan a agitarse con más temperatura. Hemos observado que el comportamiento magnético en el neodimio es el contrario de lo que ocurre 'normalmente'. Es contraintuitivo, como el agua que se convierte en un cubito de hielo cuando se calienta".

Este tipo de fenómeno es muy raro en la naturaleza. No se conocen muchos materiales que se comporten de forma incorrecta. Otro ejemplo muy conocido es la sal de Rochelle, en la que las cargas se dispersan al azar a bajas temperaturas, pero se apilan y crean un patrón sistemático a temperaturas más altas.

Fuentes, créditos y referencias:

Verlhac, B., Niggli, L., Bergman, A. et al. Thermally induced magnetic order from glassiness in elemental neodymium. Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01633-9

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