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KKNews (China)

Researchers propose a method of magnetizing a material without applying an external magnetic field

Publicado em 31 julho 2021

研究人员提出了一种在不施加外部磁场的情况下磁化材料的方法  原文網址

研究表明,这种现象可以通过绝热压缩的方式产生,而无需与环境进行任何热交换

巴西圣保罗州立大学 (UNESP) 的研究人员在《科学报告》杂志上发表的一篇文章中提出,在不施加外部磁场的情况下对材料进行磁化,他们详细介绍了用于实现这一目标的实验方法。

该研究是博士的一部分。Lucas Squillante 在里约克拉罗的 UNESP 物理系教授 Mariano de Souza 的监督下进行的研究。另一位博士 Isys Mello 也做出了贡献。候选人由 Souza 和位于 Ilha Solteira 的 UNESP 物理与化学系教授 Antonio Seridonio 监督。该小组得到了 FAPESP 的支持。

“简而言之,当盐被绝热压缩而不与外部环境交换热量时,就会发生磁化,”Souza 说。“压缩会提高盐的温度,同时重新排列其粒子的自旋。因此,系统的总熵保持不变,并且系统在过程结束时保持磁化。”

为了帮助理解这一现象,有必要回顾一下自旋和熵的基础知识。

自旋是一种量子特性,它使基本粒子(夸克、电子、光子等)、复合粒子(质子、中子、介子等)甚至原子和分子表现得像微小的磁铁,指向北或南——向上自旋和向下旋转——当受到磁场时。

“像铝这样的顺磁性材料只有在施加外部磁场时才会被磁化。包括铁在内的铁磁性材料即使在没有施加磁场的情况下也可能显示出有限的磁化,因为它们具有磁畴,”Souza 解释说.

熵基本上是对系统可访问配置或状态的度量。可访问状态的数量越多,熵就越大。奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼 (Ludwig Boltzmann) (1844-1906) 使用统计方法将系统的熵(宏观量级)与构成其宏观状态的可能微观配置的数量相关联。“在顺磁性材料的情况下,熵体现了概率分布,描述了它包含的粒子中向上或向下自旋的数量,”Souza 说。

在最近发表的研究中,顺磁性盐被压缩在一个方向。“单轴应力的应用减少了盐的体积。因为这个过程是在没有与环境进行任何热交换的情况下进行的,压缩产生了材料温度的绝热上升。温度上升意味着熵的上升。为了保持系统常数中的总熵,必须有一部分熵的局部减少抵消了温度的升高。因此,自旋倾向于对齐,导致系统磁化,”Souza 说。

系统的总熵保持不变,绝热压缩导致磁化。“在实验中,当样品被压缩的时间少于热弛豫所需的时间——系统与环境交换热量所需的典型时间时,就实现了绝热压缩,”Souza 说。

研究人员还提出,温度的绝热上升可用于研究其他相互作用系统,例如磁绝缘体中的玻色-爱因斯坦凝聚和偶极自旋冰系统。

更多信息: Lucas Squillante et al, Elastocaloric-effect-induced adiabatic magnetization in paramagnetic salts due to the mutual interactions, Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-88778-4

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