Los investigadores proponen un método para magnetizar un material sin aplicar un campo magnético externo.

La magnetización de un material sin la aplicación de un campo magnético externo es propuesta por investigadores de la Universidade Estadual Paulista (UNESP), Brasil, en un artículo publicado en la revista. Informes científicos, donde detallan el enfoque experimental utilizado para lograr este objetivo.

El estudio fue parte del doctorado. investigación desarrollada por Lucas Squillante bajo la supervisión de Mariano de Souza, profesor del Departamento de Física de la UNESP en Rio Claro. También contribuyeron Isys Mello, otro doctorando supervisado por Souza y Antonio Seridonio, profesor del Departamento de Física y Química de la UNESP en Ilha Solteira. El grupo contó con el apoyo de la FAPESP.

«En pocas palabras, la magnetización ocurre cuando una sal se comprime adiabáticamente, sin intercambiar calor con la ambiente externo«, Dijo Souza.» La compresión eleva la temperatura de la sal y al mismo tiempo reorganiza los giros de sus partículas. Como resultado, el total entropía del sistema permanece constante y el sistema permanece magnetizado al final del proceso. «

Para ayudar a comprender el fenómeno, vale la pena recordar los conceptos básicos de giro y entropía.

Spin es una propiedad cuántica que hace partículas elementales (quarks, electrones, fotones, etc.), partículas compuestas (protones, neutrones, mesones, etc.) e incluso los átomos y las moléculas se comportan como pequeños imanes, apuntando al norte o al sur – giran hacia arriba y hacia abajo – cuando se someten a una campo magnético.

«Los materiales paramagnéticos como el aluminio, que es un metal, se magnetizan solo cuando un campo magnético externo se aplica. Los materiales ferromagnéticos, incluido el hierro, pueden presentar magnetización finita incluso en ausencia de un campo magnético aplicado, ya que tienen dominios magnéticos ”, explicó Souza.

La entropía es básicamente una medida de la configuración o los estados accesibles del sistema. Cuanto mayor sea el número de estados accesibles, mayor será la entropía. El físico austriaco Ludwig Boltzmann (1844-1906), utilizando un enfoque estadístico, asoció la entropía de un sistema, de magnitud macroscópica, con el número de posibles configuraciones microscópicas que constituyen su macroestado. «En el caso de un material paramagnético, la entropía incorpora una distribución de probabilidad que describe el número de giros hacia arriba o hacia abajo en las partículas que contiene», dijo Souza.

En el estudio publicado recientemente, se comprimió una sal paramagnética en una sola dirección. “La aplicación de tensión uniaxial reduce el volumen de la sal. Como el proceso se realiza sin ningún intercambio de calor con el medio ambiente, la compresión produce un aumento adiabático de la temperatura del material. Un aumento de temperatura significa un aumento de entropía. Para mantener constante la entropía total en el sistema, debe haber un componente de reducción de entropía local que compense el aumento de temperatura. Como resultado, los espines tienden a alinearse, lo que lleva a la magnetización del sistema ”, dijo Souza.

La entropía total del sistema permanece constante y la compresión adiabática da como resultado la magnetización. «Experimentalmente, la compresión adiabática se logra cuando la muestra se comprime durante menos tiempo del necesario para la relajación térmica, el tiempo típico que tarda el sistema en intercambiar calor con el medio ambiente», dijo Souza.

Los investigadores también proponen que el aumento de temperatura adiabático podría usarse para investigar otros sistemas de interacción, como los condensados ​​de Bose-Einstein en aislantes magnéticos y sistemas de dipolos de espín de hielo.