Quando materiais magnéticos desordenados são resfriados até a certa temperatura, algo interessante acontece. Os spins de seus átomos ‘congelam’ e se encaixam em um padrão estático, exibindo um comportamento cooperativo que geralmente não é exibido.
Agora, pela primeira vez, os físicos viram o oposto. Quando fracionadamente aquecido, o elemento magnético neodímio que ocorre naturalmente congela, contrariando todas as nossas expectativas.
“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, seria como se a água se convertesse em um cubo de gelo quando aquecida.”
Em um material ferromagnético convencional, como o ferro, os spins magnéticos dos átomos se alinham todos na mesma direção; ou seja, 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 o que é conhecido como vidro giratório.
Você pensar, “mas o neodímio é bem conhecido por fazer excelentes ímãs” e está certo… mas tem que ser misturado com ferro para que os spins se alinhem. O neodímio puro não se comporta como outros ímãs; foi apenas dois anos atrás 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 giros. Mas o oposto também ocorre: quando você esfria um ímã, os giros ficam mais lentos.
Para vidros de spin, a temperatura de congelamento é o ponto em que o vidro de spin se comporta mais como um ferroímã 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 aumentar a temperatura do neodímio de -268 graus Celsius para -265 graus Celsius (-450,4 a -445 Fahrenheit) induziu o estado de congelamento geralmente visto ao resfriar um vidro giratório.
Quando os cientistas esfriaram o neodímio de volta, os spins mais uma vez caíram em desordem.
Não está claro por que isso ocorre, já que é muito raro que um material natural se comporte de maneira ‘errada’, ao contrário de como todos os outros materiais de seu tipo se comportam. No entanto, os cientistas acreditam que pode ter a ver com um fenômeno chamado frustração.
É quando um material é incapaz de atingir um estado ordenado, resultando em um estado fundamental desordenado, como vemos em vidros de spin.
É possível, disseram os pesquisadores, que o neodímio tenha certas correlações em seu estado de vidro giratório que dependem da temperatura. Aumentar a temperatura enfraquece estes e, portanto, também a frustração, permitindo que os spins se alinhem.
Investigações posteriores poderiam revelar o mecanismo por trás desse estranho comportamento no qual a ordem emerge da desordem com a adição de energia; os pesquisadores observam que isso tem implicações que vão muito além da física.
“Esse ‘congelamento’ do padrão normalmente não ocorre em material magnético”, explicou Khajetoorians .
“Se pudermos modelar como esses materiais se comportam, isso também pode ser extrapolado para o comportamento de uma ampla gama de outros materiais”.
A pesquisa foi publicada na Nature Physics .
