Material magnético que se «congela» cuando se calienta sorprende a los físicos

El raro elemento magnético neodimio forma un patrón estático cuando la temperatura aumenta, un fenómeno que normalmente ocurre cuando la temperatura disminuye. Estos fenómenos no son muy habituales en la naturaleza.

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Un grupo de físicos ha observado un material magnético que sufre una forma de ‘congelación’ cuando la temperatura aumenta, un fenómeno que normalmente ocurre cuando la temperatura disminuye, según un estudio publicado el lunes por la revista Nature.

Los investigadores estudiaron el raro material llamado neodimio, un elemento descrito como un «vidrio de espín autoinducido». Los vidrios de espín son típicamente aleaciones aleatorias de átomos de materiales magnéticos.

Sin embargo, y a diferencia de los vidrios de espín convencionales, el neodimio es un elemento sin cantidades significativas de otros materiales que muestra un comportamiento vítreo en su forma cristalina. Los espines forman patrones que giran como una hélice, y este giro es aleatorio y cambia constantemente.

Contrario a lo que sucede «normalmente»

El incremento de la temperatura aumenta la energía en un sólido, líquido o gas. Lo mismo ocurre con un imán: a mayor temperatura, los espines tiemblan más. En el experimento, cuando los investigadores calentaron el neodimio de -268 celsius a -265 celsius, los espines se «congelaban» formando un patrón sólido de tipo imán. Cuando el material se enfrió, los patrones aleatorios de hélice giratoria regresaron.

«Esta ‘congelación’ del patrón normalmente no ocurre en el material magnético. El comportamiento magnético en el neodimio que observamos es en realidad lo contrario de lo que sucede ‘normalmente’. Es bastante contraintuitivo, como el agua que se convierte en un cubo de hielo cuando se calienta», afirmó Alexander Khajetoorians, profesor de microscopía de sonda de barrido en la Universidad de Radboud, Países Bajos.

Un fenómeno poco conocido en la naturaleza

Este tipo de fenómenos no se encuentran a menudo en la naturaleza. Se conocen muy pocos materiales que se comporten de manera inusual. Otro ejemplo bien conocido es la sal de Rochelle, donde las cargas se acumulan y forman un patrón ordenado a temperaturas más altas, mientras que a temperaturas más bajas se distribuyen aleatoriamente.

La compleja descripción teórica de los vidrios de espín fue el tema del físico italiano Giorgio Parisi, Premio Nobel de Física en 2021. Descubrir cómo funcionan estos vidrios giratorios también tiene importancia para otros campos científicos: «Si finalmente podemos modelar cómo se comportan estos materiales, esto también podría extrapolarse al comportamiento de una amplia gama de otros materiales», subrayó en ese entonces.

El comportamiento extraño estaba relacionado con el concepto de degeneración donde muchos estados diferentes tienen la misma energía y el sistema se frustra. El efecto de la temperatura es romper esta situación: ciertos estados sobreviven, lo que permite que el sistema se asiente claramente en un patrón. También podemos aprovechar este comportamiento hacia nuevos tipos de almacenamiento de información o conceptos computacionales.

Fuente: dw

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