加热钕元素反而导致其原子自旋冻结

当无序的磁性材料冷却至恰当温度时，会发生一些有趣的事情。原子旋转“冻结”并固定到特定的位置上，最终显示出正常情况下看不到的整体特性。

现在，物理学家第一次看到了相反的情况。当被加热时，天然磁元素钕neododium的原子冻结。

荷兰的物理学家亚历山大·卡哈杰特(Alexander Khajetoorians)说：“它非常违反直觉，就像水加热却变成冰一样。”

在常规的铁磁物质(例如铁)中，原子的磁旋转都在相同的方向上对齐；也就是说，它们的北和南磁极在三维空间中以相同的方式定向。

但是在某些材料中，例如一些铜和铁合金，旋转是非常随机的。这种状态就是所谓的自旋玻璃。

您可能知道“但是钕以用于制造出色的磁铁而闻名”，您是对的……但是它必须与铁混合，以使旋转对齐。纯净的钕不像其他磁铁那样行事；仅两年前，物理学家确定对这种材料最好的描述是自诱导的自旋玻璃。

现在看来，钕甚至比我们想象的还奇异。

当加热材料时，温度的升高会增加材料中的能量。就磁铁而言，这增加了旋转的运动。

类比一下玻璃和晶体，存在冰冻温度是自旋玻璃更像传统铁磁铁的一个点。

由Radboud 大学的物理学家 Benjamin Verlhac 领导的团队想要探究钕在温度变化下的行为。有趣的是，他们发现将钕的温度从-268℃提高到 -265 ℃会导致冷却自旋玻璃时常见的冻结状态。

当科学家们将钕冷却下来时，自旋再次陷入混乱。

目前尚不清楚为什么会发生这种情况，因为那与所有其他同类材料的行为方式相反，天然材料以“错误”方式表现的情况非常罕见。然而，科学家们认为这可能与一种叫做frustration(几何失稳？)的现象有关。

这是当材料无法达到有序状态时，导致无序基态。

研究人员说，有可能钕在其自旋玻璃状态中具有一定的相关性，这些相关性取决于温度。升高温度会削弱这些相关性，也会削弱frustration，从而使自旋稳定下来。

进一步的研究可以揭示这种奇怪行为背后的机制——在这种行为中，随着能量的增加，秩序从无序中出现。研究人员指出，这具有远远超出物理学的影响。

“这种模式的‘冻结’通常不会发生在磁性材料中。”Khajetoorians解释道。“如果我们最终可以模拟这些材料的行为，也可以外推到各种其他材料的行为。”

该研究已发表在《自然·物理学》上。

https://www.sciencealert.com/this-magnetic-material-freezes-when-heated-in-a-reversal-of-our-expectations

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