Biasanya, ketika bahan memanas, mereka menjadi lebih tidak teratur. Sekarang, para peneliti di Radboud University di Belanda telah menemukan bukti untuk hal sebaliknya yang terjadi pada elemen neodymium, yang mengembangkan keteraturan jarak jauh saat suhunya meningkat. Kehadiran transisi fase ini dapat menjelaskan perilaku bahan yang dikenal sebagai kacamata spin dan juga dapat membantu pengembangan perangkat untuk penyimpanan informasi atau komputasi neuromorfik.
Kacamata spin seperti neodymium (Nd) adalah kelas khusus bahan magnetik di mana partikel berputar membentuk pola acak seperti heliks di bawah suhu kritis tertentu (disebut suhu gelas spin). Mereka sering dianggap sebagai magnet yang tidak teratur dan berbeda dari magnet "frustrasi" lainnya seperti es berputar dan cairan berputar.
Baru-baru ini, para peneliti yang dipimpin oleh Alexander Khajetorians at Radboud menemukan bahwa Nd adalah kaca pemintal yang diinduksi sendiri – yang berarti bahwa keadaan kaca pemintal terjadi berkat interaksi pertukaran putaran yang bersaing yang muncul dari struktur kisi material itu sendiri. Interaksi ini berarti bahwa Nd dapat eksis dalam beberapa keadaan energi rendah yang ditentukan oleh vektor kisi timbal baliknya (atau vektor gelombang magnetik) Q.
Memutar "membeku" menjadi padat
Dalam studi terbaru, Khajetoorians dan rekan-rekannya mengamati putaran "membeku" menjadi padatan saat mereka memanaskan elemen dari -268 °C hingga -265 °C. Ketika mereka mendinginkannya lagi, pola putaran berputar acak muncul kembali.
Khajetoorians mencatat bahwa munculnya transisi tatanan-ketidakteraturan ini di Nd menentang persepsi umum bahwa peningkatan suhu menyebabkan ketidakteraturan. Transisi seperti itu biasanya tidak terjadi pada material magnetik, tambahnya, dan juga jarang terjadi pada material lain. Satu pengecualian adalah garam Rochelle, yang mengandung muatan yang didistribusikan secara acak pada suhu yang lebih rendah, tetapi terbentuk dan membentuk pola yang teratur seiring dengan kenaikan suhu.
Di Nd, perilaku tersebut terkait dengan fenomena di mana banyak keadaan berbeda memiliki energi yang sama, menyebabkan sistem menjadi frustrasi, kata para peneliti. Peningkatan suhu mengangkat frustrasi dengan satu kecenderungan pemesanan yang bertahan, memungkinkan putaran untuk menetap menjadi pola yang teratur dalam jarak jauh. “Secara khusus, negara baru adalah apa yang disebut multi-Q satu,” kata Khajetorians Dunia Fisika. "Ada fase energi tinggi pada suhu rendah dan sebaliknya."
Aplikasi dalam penyimpanan informasi dan komputasi neuromorfik
Tim Radboud menggunakan spin-polarized scanning tunneling microscopy (STM) untuk menyelidiki tekstur magnetik pada permukaan Nd. Mereka mengembangkan dua alat analisis yang memungkinkan mereka untuk mengekstrak suhu transisi kaca spin langsung dari data yang diukur pada suhu yang berbeda. Mereka mengamati banyak pola yang berbeda dan bervariasi secara halus dalam elemen pada 5 K (-268 °C) dan pola yang lebih sedikit pada suhu yang lebih tinggi yang jelas dipisahkan oleh dinding domain magnetik.
Para peneliti menemukan momentum sudut yang 'hilang'
Para peneliti juga membandingkan pengamatan mereka dengan simulasi dinamika putaran atom untuk membantu mereka melacak asal-usul tatanan suhu tinggi yang tak terduga.
Khajetoorians mengatakan bahwa dia dan timnya sekarang akan mempelajari apa yang terjadi ketika Nd dibuat lebih tipis karena ini dapat menyebabkan beberapa efek tak terduga lebih lanjut. Mereka juga ingin menguji bahan magnetik lainnya untuk melihat apakah mereka menunjukkan perilaku spin-glass yang sama, yang mereka katakan dapat dimanfaatkan untuk jenis penyimpanan informasi baru atau untuk mengembangkan komputer neuromorfik.
Pekerjaan dirinci dalam Fisika Alam.
