Forskere foreslår en metode til magnetisering af et materiale uden at anvende et eksternt magnetfelt

Magnetisering af et materiale uden at anvende et eksternt magnetfelt foreslås af forskere ved São Paulo State University (UNESP), Brasilien, i en artikel offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , hvor de detaljerer den eksperimentelle tilgang, der bruges til at nå dette mål.

Undersøgelsen var en del af ph.d. forskning udført af Lucas Squillante under tilsyn af Mariano de Souza, professor ved UNESPs Institut for Fysik i Rio Claro. Bidrag blev også givet af Isys Mello, en anden ph.d. kandidat under opsyn af Souza, og Antonio Seridonio, en professor ved UNESP's Institut for Fysik og Kemi i Ilha Solteira. Gruppen blev støttet af FAPESP.

"Meget kort sagt, magnetisering opstår, når et salt komprimeres adiabatisk, uden at udveksle varme med det ydre miljø, "Souza fortalte." Komprimering hæver saltets temperatur og omarrangerer samtidig partiklernes spind. Som resultat, systemets samlede entropi forbliver konstant, og systemet forbliver magnetiseret i slutningen af ​​processen. "

For at hjælpe med at forstå fænomenet, det er værd at huske det grundlæggende i spin og entropi.

Spin er en kvanteegenskab, der danner elementære partikler (kvarker, elektroner, fotoner, etc.), sammensatte partikler (protoner, neutroner, mesoner, osv.) og selv atomer og molekyler opfører sig som små magneter, peger nord eller syd - op spin og ned spin - når det udsættes for et magnetfelt.

"Paramagnetiske materialer som aluminium, som er et metal, magnetiseres kun, når der anvendes et eksternt magnetfelt. Ferromagnetiske materialer, herunder jern, kan vise begrænset magnetisering selv i fravær af et påført magnetfelt, fordi de har magnetiske domæner, "Forklarede Souza.

Entropi er dybest set et mål for tilgængelige konfigurationer eller tilstande i systemet. Jo større antal tilgængelige stater, jo større entropi. Østrigsk fysiker Ludwig Boltzmann (1844-1906), ved hjælp af en statistisk tilgang, forbundet entropien af ​​et system, som er en makroskopisk størrelse, med antallet af mulige mikroskopiske konfigurationer, der udgør dens makrostat. "I tilfælde af et paramagnetisk materiale, entropi udgør en fordeling af sandsynligheder, der beskriver antallet af op- eller ned -spins i de partikler, den indeholder, "Sagde Souza.

I den nyligt offentliggjorte undersøgelse, et paramagnetisk salt blev komprimeret i en enkelt retning. "Anvendelse af enaksial stress reducerer saltets volumen. Fordi processen udføres uden varmeudveksling med miljøet, komprimering giver en adiabatisk stigning i materialets temperatur. En stigning i temperaturen betyder en stigning i entropi. For at holde total entropi i systemet konstant, der skal være en komponent i lokal reduktion i entropi, der opvejer temperaturstigningen. Som resultat, spins har en tendens til at justere, fører til magnetisering af systemet, "Sagde Souza.

Systemets samlede entropi forbliver konstant, og adiabatisk komprimering resulterer i magnetisering. "Eksperimentelt, adiabatisk komprimering opnås, når prøven komprimeres i kortere tid, end der kræves til termisk afslapning - den typiske tid, det tager for systemet at udveksle varme med miljøet, "Sagde Souza.

Forskerne foreslår også, at den adiabatiske temperaturstigning kan bruges til at undersøge andre interagerende systemer, såsom Bose-Einstein kondensater i magnetiske isolatorer, og dipolære spin-is-systemer.