عادة ، عندما تسخن المواد ، فإنها تصبح أكثر اضطرابًا. الآن ، وجد الباحثون في جامعة رادبود في هولندا دليلاً على حدوث عكس ذلك في عنصر النيوديميوم ، الذي يطور ترتيبًا بعيد المدى مع ارتفاع درجة حرارته. يمكن أن يسلط وجود انتقال الطور هذا الضوء على سلوك المواد المعروفة باسم نظارات الدوران ويمكن أن يساعد أيضًا في تطوير أجهزة لتخزين المعلومات أو الحوسبة العصبية.
تعتبر نظارات الدوران مثل النيوديميوم (Nd) فئة خاصة من المواد المغناطيسية التي تشكل فيها الجسيمات أنماطًا عشوائية تشبه الحلزون تحت درجة حرارة حرجة معينة (تسمى درجة حرارة دوران الزجاج). غالبًا ما تُعتبر مغناطيسًا مضطربًا وتختلف عن المغناطيسات الأخرى "المحبطة" مثل الجليد الدوراني والسوائل الدورانية.
في الآونة الأخيرة ، بقيادة الباحثين الكسندر خاجتوريانز at رادبود اكتشف أن Nd عبارة عن زجاج دوار مستحث ذاتيًا - مما يعني أن حالة زجاج الدوران تأتي بفضل تفاعلات تبادل السبين المتنافسة التي تنشأ من البنية الشبكية للمادة. تعني هذه التفاعلات أن Nd يمكن أن توجد في حالات متعددة منخفضة الطاقة محددة من خلال متجه الشبكة التبادلية (أو الموجة المغناطيسية) Q.
يدور "تجميد" إلى مادة صلبة
في الدراسة الأخيرة ، لاحظ خاجتوريان وزملاؤه أن السبينات "تتجمد" في مادة صلبة أثناء تسخينها للعنصر من -268 درجة مئوية إلى -265 درجة مئوية. عندما قاموا بتبريده مرة أخرى ، عادت أنماط الدوران العشوائية للظهور.
يلاحظ خاجتوريان أن ظهور هذا التحول في ترتيب الاضطراب في Nd يتحدى التصور الشائع بأن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى حدوث اضطراب. ويضيف أن مثل هذا الانتقال لا يحدث عادة في المواد المغناطيسية ، كما أنه غير شائع في المواد الأخرى. أحد الاستثناءات هو ملح روشيل ، الذي يحتوي على شحنات يتم توزيعها عشوائيًا في درجات حرارة منخفضة ، ولكنها تتراكم وتشكل نمطًا مرتبًا مع زيادة درجة الحرارة.
في Nd ، يرتبط السلوك بظاهرة تمتلك فيها العديد من الحالات المختلفة نفس الطاقة ، مما يتسبب في إحباط النظام ، كما يقول الباحثون. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى زيادة الإحباط مع بقاء اتجاه ترتيب واحد ، مما يسمح للدورات بالاستقرار في نمط مرتب على مدى طويل. "على وجه التحديد ، فإن الدولة الجديدة هي ما يسمىQ واحد ، "يقول خاجتوريانز عالم الفيزياء. "هناك مرحلة عالية الطاقة عند درجة حرارة منخفضة والعكس صحيح."
تطبيقات في تخزين المعلومات والحوسبة العصبية
استخدم فريق Radboud الفحص المجهري للمسح النفقي المستقطب الدوران (STM) لفحص النسيج المغناطيسي على سطح Nd. لقد طوروا أداتي تحليل سمحت لهم باستخراج درجة حرارة التزجج الدوراني مباشرة من بياناتهم المقاسة عند درجات حرارة مختلفة. لاحظوا العديد من الأنماط المختلفة والمتغيرة بسلاسة في العنصر عند 5 كلفن (-268 درجة مئوية) وأنماط أقل في درجات حرارة أعلى والتي تم فصلها بوضوح بجدران المجال المغناطيسي.
وجد الباحثون الزخم الزاوي "المفقود"
قارن الباحثون أيضًا ملاحظاتهم بمحاكاة ديناميكيات الدوران الذري لمساعدتهم على تتبع أصول ترتيب درجات الحرارة المرتفعة غير المتوقعة.
يقول Khajetoorians أنه وفريقه سوف يدرسون الآن ما يحدث عندما يصبح Nd أرق لأن هذا قد يؤدي إلى المزيد من التأثيرات غير المتوقعة. يرغبون أيضًا في اختبار مواد مغناطيسية أخرى لمعرفة ما إذا كانت تظهر نفس سلوك الزجاج الدوراني ، والذي يقولون إنه يمكن تسخيره لأنواع جديدة من تخزين المعلومات أو لتطوير أجهزة كمبيوتر عصبية الشكل.
العمل مفصل في فيزياء الطبيعة.
