Физики намагнитили материал без внешнего поля

Исследователи предложили метод намагничивания парамагнитной соли в результате адиабатического сжатия. Для появления магнитных свойств при этом нет необходимости во внешнем магнитом поле.

Wikimedia Commons

Заставить парамагнитные материалы проявлять магнитные свойства можно и без внешнего поля. Ученые показали, что для этого достаточно сжать образец по одной оси в адиабатических условиях

Парамагнитные материалы, такие как алюминий, намагничиваются только при приложении внешнего магнитного поля. Ферромагнитные материалы, в том числе железо, могут иметь намагниченность даже при отсутствии приложенного магнитного поля, потому что у них есть магнитные домены. Домены представляют собой участки материала, в которых спины электронов на внешних оболочках атомов направлены в одну сторону. Эти крошечные участки и обуславливают магнитные свойства материалов.

В новом исследовании ученые проводили эксперимент, сжимая парамагнитную соль вдоль одной из осей. Применение одноосного напряжения уменьшает объем соли. Поскольку этот процесс адиабатический, то есть проводится без какого-либо обмена энергией с окружающей средой, то сжатие приводит к повышению температуры материала. Повышение температуры увеличивает энтропию образца. Чтобы сохранить общую энтропию в системе постоянной, материалу необходимо понизить ее, компенсировав рост за счет других эффектов. В результате спины внутри материала выравниваются, что приводит к намагничиванию системы.

Общая энтропия системы остается постоянной, и адиабатическое сжатие приводит к намагничиванию. Экспериментально адиабатическое сжатие достигается, когда образец сжимается быстрее, чем происходит тепловая релаксация — процесс отдачи тепловой энергии окружающей среде.

Исследователи также предполагают, что адиабатическое повышение температуры может быть использовано для исследования других взаимодействующих систем, таких как конденсаты Бозе-Эйнштейна в магнитных изоляторах и дипольные системы с «замороженными» спинами.

Статья авторов опубликована в журнале Scientific Reports.