科学家对加热后会冻结的磁性材料感到困惑

荷兰拉德堡德大学的物理学家Alexander Khajetoorians说，磁性材料的冻结与我们通常看到的情况相反。Khajetoorians说，其结果是 “反直觉的，就像水被加热后变成了冰块”。

通常情况下，像铁这样的铁磁材料具有排列的自旋。这意味着原子的磁自旋都是朝同一方向旋转的。从本质上讲，南磁极和北磁极都在同一方向上排列。不过，一些由铁和铜制成的合金具有随机的自旋。物理学家将这种状态称为自旋玻璃态。

物理学家说，大多数时候，你必须将材料结合在一起才能创造出自旋玻璃态。比如铁和铜的混合物。然而，钕是一种体验自旋玻璃态的元素，无需将其他材料混合在一起。而且，当被加热时，这种磁性材料会冻结。

研究人员在《自然-物理学》上发表了关于这一现象的研究报告。根据该论文，他们将这些材料从零下268摄氏度加热到零下265摄氏度。仅仅加热这三摄氏度，就使磁性材料的自旋凝结成一个固体图案，形成磁铁。当重新冷却下来时，磁旋转又回到了正常的、随机的模式。

正如在上面指出的那样，这很耐人寻味，因为这种磁自旋的冻结通常只发生在磁性材料被冷却的时候，而不是被加热。因此，研究人员没有想到会观察到这种现象。通常情况下，较高的温度会增加固体、液体或气体的能量。这对磁性材料也是一样的。

物理学家们说，这种行为是简并概念的一个例子。这基本上是说，许多不同的状态可以具有相同的能量，从而导致整个系统变得受挫。然后当达到一定的温度时，该系统就会断裂，导致其沉淀为一种模式。磁性材料的冻结是这个概念发挥作用的一个很好的展示。