Sciencemag.cz
Doporučujeme
Je to podobné, jako by se voda po zahřátí změnila na kus ledu.
Obecně se dá říct, že dodání tepla/růst teploty znamená rozkmitání částic. Uspořádanost struktur klesá. Pevné látky tají, zaniká feromagnetické uspořádání. Fyzikové teď ale přesto pozorovali podivný jev, kdy magnetické spiny při zvýšení teploty zamrznou do statického vzoru – normálně by k tomu mělo dojít naopak při poklesu teploty.
Toto nečekané chování se týká lanthanoidu neodymu, který je ovšem z hlediska fungování spinu už tak jako tak zvláštní. Z neodymu lze totiž připravit spinové sklo na bázi jediného prvku. Běžná spinová skla jsou slitiny, například železa v mědi, kde atomy železa fungují jako miniaturní magnety. Struktura je pak z hlediska spinů „frustrovaná“ (nikoliv ovšem náhodná ve smyslu nezávislá na okolí), nelze ji uspořádat do stabilního vzoru. Krystal neodymu může být ovšem spinovým sklem sám o sobě, bez příměsi dalších prvků (self-induced, samostatné, samovytvořené sklo). Spiny zde vytvářejí vířící obrazce. (Spinové sklo označuje amorfní, tekoucí, rozkmitaný stav z hlediska spinů, název vyjadřuje jen analogii.)
V nové studii vědci zjistili, že spiny zamrznou a přestanou se překlápět při zvýšení teploty z -268 °C na -265 °C. Lze to sice brát jen jako poznámku pod čarou, nicméně i tak se jedná o podivnou anomálii. Proces je vratný (v opačném případě by to bylo ještě divnější), snížení teploty vede k opětovnému vzniku spinových vírů. Výsledky jsou založené na moderních analytických technikách; jeden z autorů studie, Alexander Khajetoorians z nizozemské Radboud University. je přímo profesorem pro obor Mikroskopie skenovací sondou (SPM – Scanning Probe Microscopy).
Autoři studie upozorňují, že podobně divně se chová např. vinan draselno-sodný (rochellská sůl, dle La Rochlelle, coby pevnost francouzských hugenotů známá třeba z Tří mušketýrů), kdy při vzrůstu teploty vznikne uspořádaná struktura elektrických nábojů, zatímco při nižší jsou náboje naopak rozmístěny náhodně.
Za popis spinových skel byla v roce 2021 udělena Nobelova cena za fyziku (Giorgio Parisi). To ale zdaleka neznamená, že bychom tomuto chování plně rozuměli. Co se týče vysvětlení výše popsaného jevu, v této souvislosti se zmiňuje termín degenerace. Což v tomto případě znamená, že za nižších teplot má více stavů stejnou energii, takže systém je frustrovaný a osciluje mezi nimi. Naopak po zvýšení teploty se energie těchto stavů bude lišit, takže „přežijí“ jen některé (nebo jen 1) a systém se tak ustálí, stane uspořádanějším. Příslušný jev by se dal snad využít v nových technologiích pro ukládání informací nebo i v dalších oblastech informatiky.
Alexander Khajetoorians, Thermally induced magnetic order from glassiness in elemental neodymium, Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01633-9. www.nature.com/articles/s41567-022-01633-9
Zdroj: Radboud University Nijmegen / Phys.org
