物理学家发现了钕元素的反常热诱导磁序特性

（图自：Radboud University）

SCI Tech Daily 指出：在较低的温度下，材料中的自旋会形成随机图案。其中每个图案都像螺旋一样旋转，带有特定的扭曲。

但在加热材料后，自旋会选择一种特定的螺旋图案。这种现象通常在磁性材料的温度降低时发生，因而很是违反科学家们的直觉。

研究配图 - 1：Nd（0001）在 5K 温度时的 Spin-Q 玻璃态

据悉，钕（Nd）元素与传统的旋转玻璃态物质不一样，其中混有随机的磁性材料，可在结晶形式中表现出玻璃状行为。自旋形成类似螺旋的图案，是随机且不断变化的。

几年前，科学家们将之称作“自诱导自旋玻璃”。通常可在合金材料上看到，比如铁原子随机分散到了铜原子网格中、且旋转指向了不同的方向。

研究配图 - 2：高温下从自旋 Q 玻璃态出现长程多 Q 级

在这项新研究中，物理学家发现，当他们将钕从 -268 °C 加热到 -265 °C（-450 °F 到 -445 °F）时，自旋反而会“冻结”成固体图案，在较高温度下形成了一种磁铁！

当冷却材料时，随机旋转的螺旋图案又回来了。Alexander Khajetoorians 教授表示：“这种‘冻结’模式通常不会在磁性材料上出现”。

研究配图 - 3：多 Q 磁跃迁和 T? 提取

按照常理，温度会增加固体、液体或气体中的能量。磁铁也是如此 —— 随着温度的升高，自旋会开始摇摆。然而在钕材料上看到的磁性行为，却与正常状况相反。

这类情况在自然界中相当罕见，很少有已知材料会表现出“错误”的模式。另一个知名的例子，就是电荷可在较高温度下积累并形成有序图案、较低温度下又随机分布的罗谢尔盐。

研究配图 - 4：原子自旋动力学模拟。

值得一提的是，对自旋玻璃态的复杂理论描述，也是 Parisi 在 2021 年被授予的诺贝尔物理学奖的一个主题。

此外弄清其工作原理，对于其它科学领域也非常重要。假如我们最终可对这些材料的行为进行建模，那也可以外推到各种其它材料的行为。

最后，有关这项研究的详情，还请移步至 2022 年 7 月 4 日出版的《Nature Physics》期刊上查看（PDF）。

原标题为《Thermally induced magnetic order from glassiness in elemental neodymium》。