Un matériau magnétique qui « gèle » lorsqu’il est chauffé surprend les physiciens

Un groupe de physiciens a observé un matériau magnétique qui subit une forme de « gel » lorsque la température augmente, un phénomène qui se produit normalement lorsque la température diminue, selon une étude publiée dans la revue Nature.

Les chercheurs ont étudié le matériau rare appelé néodyme, un élément décrit comme un « verre de spin auto-induit ». Les verres de spin sont généralement des alliages aléatoires d’atomes de matériaux magnétiques.

Cependant, contrairement aux verres de spin conventionnels, le néodyme est un élément sans quantités significatives d’autres matériaux qui présente un comportement vitreux sous sa forme cristalline. Les rotations forment des motifs qui tournent comme une hélice, et cette rotation est aléatoire et change constamment.

Contrairement à ce qui se passe « normalement »

L’augmentation de la température augmente l’énergie dans un solide, un liquide ou un gaz. La même chose se produit avec un aimant : à une température plus élevée, les spins tremblent davantage. Dans l’expérience, lorsque les chercheurs ont chauffé le néodyme de -268 degrés Celsius à -265 degrés Celsius, les spins se sont « gelés » en un motif solide semblable à un aimant. Lorsque le matériau a refroidi, les motifs d’hélice en rotation aléatoires sont revenus.

« Ce modèle de » gel « ne se produit normalement pas dans les matériaux magnétiques. Le comportement magnétique du néodyme que nous observons est en fait le contraire de ce qui se passe » normalement « . C’est assez contre-intuitif, comme l’eau devenant un cube de glace lorsqu’elle est chauffée « , a déclaré Alexander Khajetoorians, professeur de microscopie à sonde à balayage à l’Université Radboud, aux Pays-Bas.

Un phénomène peu connu dans la nature

Ces types de phénomènes ne se retrouvent pas souvent dans la nature. Très peu de matériaux sont connus pour se comporter de manière inhabituelle. Un autre exemple bien connu est le sel de Rochelle, où les charges s’accumulent et forment un motif ordonné à des températures plus élevées, tandis qu’à des températures plus basses, elles sont réparties de manière aléatoire.

La description théorique complexe des verres de spin a fait l’objet du physicien italien Giorgio Parisi, prix Nobel de physique en 2021. Découvrir comment fonctionnent ces verres de spin est également important pour d’autres domaines scientifiques.

« Si nous pouvons enfin modéliser le comportement de ces matériaux, cela pourrait également être extrapolé au comportement d’un large éventail d’autres matériaux », soulignait-il à l’époque.

Le comportement étrange était lié au concept de dégénérescence où de nombreux états différents ont la même énergie et le système est frustré. L’effet de la température est de briser cette situation : certains états survivent, permettant au système de s’installer proprement dans un schéma. Nous pouvons également tirer parti de ce comportement vers de nouveaux types de stockage d’informations ou de concepts informatiques.