Het magnetiseren van een materiaal zonder een extern magnetisch veld aan te leggen, wordt voorgesteld door onderzoekers van de São Paulo State University (UNESP), Brazilië, in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , waar ze de experimentele benadering beschrijven die is gebruikt om dit doel te bereiken.

De studie maakte deel uit van de Ph.D. onderzoek uitgevoerd door Lucas Squillante onder supervisie van Mariano de Souza, een professor aan UNESP's Department of Physics in Rio Claro. Bijdragen werden ook geleverd door Isys Mello, een andere doctoraat kandidaat begeleid door Souza, en Antonio Seridonio, een professor aan de afdeling Natuurkunde en Scheikunde van UNESP in Ilha Solteira. De groep werd ondersteund door FAPESP.

"Heel kort gezegd, magnetisatie treedt op wanneer een zout adiabatisch wordt samengeperst, zonder warmte uit te wisselen met de externe omgeving, " vertelde Souza. "Compressie verhoogt de temperatuur van het zout en herschikt tegelijkertijd de spins van de deeltjes. Als resultaat, de totale entropie van het systeem blijft constant en het systeem blijft aan het einde van het proces gemagnetiseerd."

Om het fenomeen te helpen begrijpen, het is de moeite waard om de basisprincipes van spin en entropie in herinnering te brengen.

Spin is een kwantumeigenschap die elementaire deeltjes (quarks, elektronen, fotonen, enzovoort.), samengestelde deeltjes (protonen, neutronen, mesonen, enz.) en zelfs atomen en moleculen gedragen zich als kleine magneten, wijzend naar het noorden of zuiden-up spin en down spin-wanneer onderworpen aan een magnetisch veld.

"Paramagnetische materialen zoals aluminium, wat een metaal is, worden alleen gemagnetiseerd wanneer een extern magnetisch veld wordt aangelegd. Ferromagnetische materialen, inclusief ijzer, kunnen eindige magnetisatie vertonen, zelfs in de afwezigheid van een aangelegd magnetisch veld, omdat ze magnetische domeinen hebben, ’ legde Souza uit.

Entropie is in feite een maat voor toegankelijke configuraties of toestanden van het systeem. Hoe groter het aantal toegankelijke staten, hoe groter de entropie. Oostenrijkse natuurkundige Ludwig Boltzmann (1844-1906), met behulp van een statistische benadering, geassocieerd met de entropie van een systeem, wat een macroscopische grootte is, met het aantal mogelijke microscopische configuraties die de macrostaat vormen. "In het geval van een paramagnetisch materiaal, entropie belichaamt een verdeling van kansen die het aantal opwaartse of neerwaartse spins beschrijft in de deeltjes die het bevat, ' zei Souz.

In het onlangs gepubliceerde onderzoek een paramagnetisch zout werd in een enkele richting samengeperst. "Toepassing van uniaxiale spanning vermindert het volume van het zout. Omdat het proces wordt uitgevoerd zonder enige uitwisseling van warmte met de omgeving, compressie veroorzaakt een adiabatische stijging van de temperatuur van het materiaal. Een stijging van de temperatuur betekent een stijging van de entropie. Om de totale entropie in het systeem constant te houden, er moet een component van lokale vermindering van entropie zijn die de temperatuurstijging compenseert. Als resultaat, de spins hebben de neiging om uit te lijnen, wat leidt tot magnetisatie van het systeem, ' zei Souz.

De totale entropie van het systeem blijft constant, en adiabatische compressie resulteert in magnetisatie. "Experimenteel, adiabatische compressie wordt bereikt wanneer het monster minder tijd wordt gecomprimeerd dan nodig is voor thermische ontspanning - de typische tijd die het systeem nodig heeft om warmte uit te wisselen met de omgeving, ' zei Souz.

De onderzoekers stellen ook voor dat de adiabatische temperatuurstijging kan worden gebruikt om andere op elkaar inwerkende systemen te onderzoeken, zoals Bose-Einstein condensaten in magnetische isolatoren, en dipolaire spin-ijssystemen.