A mágnesek a gyorsvonatoktól és hangszóróktól kezdve az elektromos motorokon át az iránytűkig mindennapi életünk szerves részét képezik, és számos mindennap használt eszközünk működése függ tőlük. Mi történne tehát, ha ezek az eszközök nem működnének, vagy ami még rosszabb, ha úgy tűnne, hogy megszegik a fizika törvényeit? A Radboud Egyetem tudósai most ezen a kérdésen dolgoznak, miután felfedeztek egy olyan mágneses anyagot, amely melegítés hatására megfagyni látszik.
A mágnesek más anyagokhoz hasonlóan viselkednek a hőmérséklet-ingadozásokkal esetében. Lehűléskor megfagynak, melegebb hőmérsékleten pedig felmelegednek. Ahhoz, hogy egy anyag mágnesesnek tekinthető legyen, az egyes molekulák mágneses spinjeinek egymáshoz kell igazodniuk. Ha az összes spin azonos irányba néz, az anyag északi és déli végén mágneses pólusokat kap. Ez teszi lehetővé, hogy a mágnes más mágneseket vonzzon vagy taszítson. Ilyen mágnes például egy tipikus vasrúd vagy vasgolyó.
Az anyagok azonban lehetnek mágnesesek anélkül is, hogy mágneses irányuk egymáshoz igazodna. A fizikusok ezt a mágneses állapotot "spinüvegnek" nevezik, egy furcsa állapotnak, amely a kondenzált anyag fizikájának része, és általában két mágneses anyag, például vas és réz keverésével érhető el. Más mágneses anyagoknak, mint például a Radboud Egyetem kutatói által vizsgáltaknak, úgy tűnik, már eleve van egy természetes spinüveg-állapotuk.
A Radboud kutatócsoport által jelenleg vizsgált anyag, a neodímium egy ritkaföldfém, amelynek különös tulajdonságai vannak. Amikor a kutatók -268 °C-ról -265 °C-ra melegítették a neodímiumot, az anyag megfagyott, ami növelte az anyag mágneses tulajdonságait, mivel a mágneses spinek mind egy vonalba fagytak. Amikor visszatértek a hűvösebb hőmérsékletre, a mágneses spinek ismét véletlenszerűen rendeződtek.
A kutatók megállapították, hogy ez a folyamat látszólag megszegi a fizika törvényeit, mivel normál körülmények között a mágneses spinek akkor fagynak be, amikor a mágneses anyagot lehűtik. Ez általában hűvösebb hőmérsékleten erősebb mágneses tulajdonságokat eredményez, például szupravezető mágneseket. Melegebb hőmérsékleten a molekulák gyorsabban mozognak, ami a mágneses spinek véletlenszerűvé válását és általában gyengébb mágneses tulajdonságokat okoz.
A Nature Physics című szaklapban közzétett friss tanulmány eredményei a neodímium e meglepő tulajdonságait tárják fel, mivel úgy tűnik, hogy pontosan az ellenkezőjét viselkedik, mint amit a tudósok várnának.
Bár a neodímium látszólag a fizika törvényeivel ellentétesen viselkedik, a fizikusoknak már van elképzelésük arról, hogy valójában mi is történik. A neodímium nagy valószínűséggel a fizikában a degenerációnak nevezett fogalmat illusztrálja, amikor egy rendszerben különböző mágnesességi szintek (vagy kvantumállapotok) vannak azonos energiával. Ez egy bizonyos külső inger, például a hőmérséklet hatására a rendszert túlterheli, ami teljes összeomlást okoz egyetlen formába. A neodímium esetében ez azt jelenti, hogy a vártnál melegebb hőmérsékleten megfagy.
Furcsa tulajdonságai miatt a tudósok remélik, hogy tovább vizsgálhatják ennek az anyagnak a felhasználási lehetőségeit, hogy kiderítsék, milyen más szokatlan folyamatok játszódhatnak le. A jövőben ez az egyedülálló mágneses anyag olyan új technológiák kifejlesztésében is hasznos lehet, amelyek képesek ellenállni a rendkívül meleg hőmérsékletnek.
