Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe 'gefrustreerde' magneten bij lage temperaturen uit de magnetische impasse ontsnappen

Magneten ervaren geen frustratie of emoties. Ze gedragen zich volgens de wetten van de natuurkunde en het magnetisme. De neiging van magneten om hun magnetische momenten parallel of antiparallel uit te lijnen is een fundamentele eigenschap van magnetische materialen.

Bij lage temperaturen wordt de thermische energie die beschikbaar is om de magnetische interacties te overwinnen verminderd. Dit kan leiden tot een toestand waarin de magnetische momenten van de individuele atomen of ionen in een materiaal worden "bevroren" in een ongeordende of niet-uitgelijnde configuratie. Deze toestand wordt een "spinglas" of "magnetisch glas" genoemd.

In een spinglas kunnen de magnetische momenten van aangrenzende atomen of ionen worden gefrustreerd, wat betekent dat ze niet allemaal tegelijkertijd aan hun voorkeursuitlijning kunnen voldoen vanwege concurrerende interacties. Deze frustratie kan aanleiding geven tot een verscheidenheid aan interessante en complexe magnetische gedragingen, zoals langzame relaxatie van de magnetisatie, geheugeneffecten en magnetische hysteresis.

Om bij lage temperaturen uit een magnetische impasse te ontsnappen, kunnen magneten verschillende processen ondergaan, zoals:

Thermische activering:Bij eindige temperaturen is er altijd enige thermische energie beschikbaar, zelfs bij lage temperaturen. Deze thermische energie kan ervoor zorgen dat magnetische momenten energiebarrières overwinnen en hun oriëntaties veranderen, wat leidt tot een geleidelijke ontspanning van de magnetisatie.

Kwantumtunneling:Dankzij de kwantummechanica kunnen deeltjes door energiebarrières heen tunnelen, zelfs bij lage temperaturen. Deze kwantumtunneling kan magnetische momenten in staat stellen energiebarrières te overwinnen en hun oriëntaties te veranderen, wat leidt tot een plotselinge en onvoorspelbare verandering in de magnetisatie.

Magnetisch veldgloeien:Het toepassen van een sterk extern magnetisch veld kan helpen de magnetische momenten op één lijn te brengen en frustratie te verminderen. Door de sterkte van het externe veld langzaam te verminderen, kunnen de magnetische momenten worden "uitgegloeid" tot een meer geordende toestand.

Deze processen zorgen ervoor dat magneten bij lage temperaturen uit de magnetische impasse kunnen ontsnappen en een stabiele magnetische configuratie kunnen bereiken. Het specifieke mechanisme waarmee een magneet uit een impasse ontsnapt, hangt af van de materiaaleigenschappen, temperatuur en externe omstandigheden.