Físicos ficam surpresos com este material magnético que 'congela' quando aquecido: WebCuriosos

Quando materiais magnéticos desordenados são resfriados até a temperatura certa, algo interessante acontece. As rotações dos seus átomos “congelam” e fixam-se num padrão estático, exibindo um comportamento cooperativo que normalmente não é apresentado.

Agora, pela primeira vez, os físicos viram o oposto. Quando aquecido fracionadamente, o elemento magnético neodímio que ocorre naturalmente congela, virando todas as nossas expectativas de cabeça para baixo.

“O comportamento magnético do neodímio que observamos é na verdade o oposto do que ‘normalmente’ acontece”, disse o físico Alexander Khajetoorians da Universidade Radboud, na Holanda.

“É bastante contra-intuitivo, como a água que se transforma num cubo de gelo quando é aquecida.”

Num material ferromagnético convencional, como o ferro, os spins magnéticos dos átomos alinham-se todos na mesma direção; isto é, seus pólos magnéticos norte e sul estão orientados da mesma maneira no espaço tridimensional.

Mas em alguns materiais, como algumas ligas de cobre e ferro, os spins são bastante aleatórios. Este estado é conhecido como vidro de spin.

Você pode estar pensando “mas o neodímio é conhecido por fazer excelentes ímãs” e você está certo… mas ele precisa ser misturado com ferro para que os giros se alinhem. O neodímio puro não se comporta como outros ímãs; foi há apenas dois anos que os físicos determinaram que este material é, de fato, melhor descrito como um vidro giratório auto-induzido.

Agora, ao que parece, o neodímio é ainda mais estranho do que pensávamos.

Quando você aquece um material, o aumento da temperatura aumenta a energia desse material. No caso dos ímãs, isso aumenta o movimento dos spins. Mas o oposto também ocorre: quando você esfria um ímã, a rotação fica mais lenta.

Para vidros giratórios, a temperatura de congelamento é o ponto em que o vidro giratório se comporta mais como um ferromagneto convencional.

Liderada pelo físico Benjamin Verlhac, da Universidade Radboud, uma equipe de cientistas queria investigar como o neodímio se comporta sob mudanças de temperatura. Curiosamente, eles descobriram que o aumento da temperatura do neodímio de -268 graus Celsius para -265 graus Celsius (-450,4 a -445 Fahrenheit) induziu o estado de congelamento normalmente observado ao resfriar um vidro giratório.

Quando os cientistas resfriaram o neodímio novamente, os giros mais uma vez ficaram desordenados.

Não está claro por que isso ocorre, uma vez que é muito raro que um material natural se comporte de maneira “errada”, ao contrário de como todos os outros materiais do seu tipo se comportam. No entanto, os cientistas acreditam que isso pode ter a ver com um fenômeno chamado frustração.

Isto ocorre quando um material é incapaz de atingir um estado ordenado, resultando em um estado fundamental desordenado, como vemos nos vidros de spin.

É possível, disseram os pesquisadores, que o neodímio tenha certas correlações em seu estado de vidro de spin que dependem da temperatura. O aumento da temperatura enfraquece-os e, portanto, também a frustração, permitindo que os giros se alinhem.

Uma investigação mais aprofundada poderá revelar o mecanismo por detrás deste estranho comportamento em que a ordem emerge da desordem com a adição de energia; os pesquisadores observam que isso tem implicações que vão muito além da física.

“Este ‘congelamento’ do padrão normalmente não ocorre em material magnético”, Khajetoorianos.

“Se pudermos modelar como esses materiais se comportam, isso também poderá ser extrapolado para o comportamento de uma ampla gama de outros materiais.”

A pesquisa foi publicada em Física da Natureza.