Magnetisera ett material utan att applicera ett externt magnetfält föreslås av forskare vid São Paulo State University (UNESP), Brasilien, i en artikel publicerad i tidningen Vetenskapliga rapporter , där de beskriver det experimentella tillvägagångssättet som används för att uppnå detta mål.

Studien var en del av Ph.D. forskning som bedrivs av Lucas Squillante under överinseende av Mariano de Souza, professor vid UNESP:s fysiska institution i Rio Claro. Bidrag gjordes också av Isys Mello, en annan doktorand kandidat övervakad av Souza, och Antonio Seridonio, professor vid UNESP:s institution för fysik och kemi i Ilha Solteira. Gruppen stöddes av FAPESP.

"Mycket kortfattat, magnetisering uppstår när ett salt komprimeras adiabatiskt, utan att utbyta värme med den yttre miljön, "Berättade Souza." Komprimering höjer saltets temperatur och omorganiserar samtidigt partiklarnas snurr. Som ett resultat, systemets totala entropi förblir konstant och systemet förblir magnetiserat i slutet av processen. "

För att förstå fenomenet, det är värt att erinra om grunderna i spin och entropi.

Spin är en kvantegenskap som gör elementära partiklar (kvarkar, elektroner, fotoner, etc.), sammansatta partiklar (protoner, neutroner, mesoner, etc.) och även atomer och molekyler beter sig som små magneter, pekar norr eller söder - upp och ner snurrar - när de utsätts för ett magnetfält.

"Paramagnetiska material som aluminium, som är en metall, magnetiseras endast när ett externt magnetfält appliceras. Ferromagnetiska material, inklusive järn, kan visa begränsad magnetisering även i avsaknad av ett applicerat magnetfält eftersom de har magnetiska domäner, "Förklarade Souza.

Entropi är i grunden ett mått på tillgängliga konfigurationer eller tillstånd i systemet. Ju större antal tillgängliga stater, desto större entropi. Österrikiska fysikern Ludwig Boltzmann (1844-1906), använder ett statistiskt tillvägagångssätt, associerade entropin i ett system, som är en makroskopisk storlek, med antalet möjliga mikroskopiska konfigurationer som utgör dess makrostat. "När det gäller ett paramagnetiskt material, entropi förkroppsligar en fördelning av sannolikheter som beskriver antalet upp- eller ned -snurr i partiklarna som den innehåller, "Sa Souza.

I den nyligen publicerade studien, ett paramagnetiskt salt komprimerades i en enda riktning. "Applicering av uniaxial stress minskar saltets volym. Eftersom processen utförs utan värmeväxling med omgivningen, kompression ger en adiabatisk temperaturökning av materialet. En temperaturökning innebär en ökning av entropin. För att hålla total entropi i systemet konstant, det måste finnas en komponent i lokal minskning av entropi som kompenserar temperaturstegringen. Som ett resultat, snurrarna tenderar att justeras, som leder till magnetisering av systemet, "Sa Souza.

Systemets totala entropi förblir konstant, och adiabatisk komprimering resulterar i magnetisering. "Experimentellt, adiabatisk komprimering uppnås när provet komprimeras under kortare tid än vad som krävs för termisk avslappning - den typiska tid som systemet tar för att utbyta värme med omgivningen, "Sa Souza.

Forskarna föreslår också att den adiabatiska temperaturhöjningen kan användas för att undersöka andra interagerande system, såsom Bose-Einstein kondensat i magnetiska isolatorer, och dipolära spin-is-system.