科學家發現一些磁性材料加熱反而會凍結

示意圖顯示特殊磁性材料在加熱時從自旋的無序狀態（左）變為顯示磁性的有序狀態（右）。(Khajetoorians, Alex/Radboud University)

【大紀元2022年08月01日訊】（大紀元記者林達編譯報導）物理學家發現，當溫度上升到某種程度時，一些磁性材料會凍結。通常，只在冷卻物體時才會出現凍結，而非加熱時。因此，這讓物理學家摸不著頭腦，深感困惑。

加熱反而凍結？

荷蘭拉德布德大學（Radboud University）物理學家亞歷山大（Alexander Khajetoorians）表示，磁性材料的凍結與通常看到的相反，「就像水加熱後變成冰塊一樣，違反了直覺」。

通常，像鐵這樣的磁性材料，其中的原子自旋都是朝著同一個方向的。本質上，原子們的南磁極和北磁極都在同一方向上對齊。然而，一些由鐵和銅製成的合金具有隨機自旋的特點。物理學家將這種狀態稱為自旋玻璃（spin glass）。

物理學家說，多數時候，你必須將不同的材料結合起來才能造出自旋玻璃。例如上面提及的鐵和銅的混合物。然而，釹（Neodymium）是一種無需混合其它材料也可形成自旋玻璃的化學元素。而且，當加熱時，這種磁材會凍結。

意外現象

研究人員7月4日在《自然-物理學》上發表了對這一現象的研究。他們將釹從-268⁰C加熱到-265⁰C。僅僅加熱3度，磁性材料的自旋就會凍結成固定樣式從而具有整體磁性。如果再次降溫，原子的自旋則又返回到通常的無序無磁狀態。

正如上文所及，這現象很奇異，因為這種磁自旋的凍結通常只發生在冷卻而不是加熱的時候。這是研究人員沒有料到的。通常，較高的溫度會增加固體、液體或氣體中的能量，磁性材料也是如此。

當提高溫度時，原子的自旋通常會開始顫抖，從而產生更多隨機自旋。但是，對於釹這種材料而言，加熱反而會讓其磁性自旋凍結。自然界中這些現象並不常見。而且，當其出現時，就完全顛覆了人們的認知。

物理學家說，這種行為是物理學上簡併（degeneracy）概念的一個例子。這基本上是說，許多不同的狀態可以具有相同的能量，當系統達到某個溫度時，導致它進入一個特殊模式。釹磁性材料的凍結就是一個很好的例子。

責任編輯：李穹