研究人員提出了一種在不施加外部磁場的情況下磁化材料的方法

磁化現象是透過什麼發生的

研究表明，這種現象可以透過絕熱壓縮的方式產生，而無需與環境進行任何熱交換。

巴西聖保羅州立大學 （UNESP） 的研究人員在《

科學報告

》雜誌上發表的一篇文章中提出，在不施加外部磁場的情況下對材料進行磁化，他們詳細介紹了用於實現這一目標的實驗方法。

該研究是博士的一部分。Lucas Squillante 在里約克拉羅的 UNESP 物理系教授 Mariano de Souza 的監督下進行的研究。另一位博士 Isys Mello 也做出了貢獻。候選人由 Souza 和位於 Ilha Solteira 的 UNESP 物理與化學系教授 Antonio Seridonio 監督。該小組得到了 FAPESP 的支援。

“簡而言之，當鹽被絕熱壓縮而不與外部環境交換熱量時，就會發生磁化，”Souza 說。“壓縮會提高鹽的溫度，同時重新排列其粒子的自旋。因此，系統的總熵保持不變，並且系統在過程結束時保持磁化。”

為了幫助理解這一現象，有必要回顧一下自旋和熵的基礎知識。

自旋是一種量子特性，它使基本粒子（夸克、電子、光子等）、複合粒子（質子、中子、介子等）甚至原子和分子表現得像微小的磁鐵，指向北或南——向上自旋和向下旋轉——當受到磁場時。

“像鋁這樣的順磁性材料只有在施加外部磁場時才會被磁化。包括鐵在內的鐵磁性材料即使在沒有施加磁場的情況下也可能顯示出有限的磁化，因為它們具有磁疇，”Souza 解釋說。

熵基本上是對系統可訪問配置或狀態的度量。可訪問狀態的數量越多，熵就越大。奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼 （Ludwig Boltzmann） （1844-1906） 使用統計方法將系統的熵（宏觀量級）與構成其宏觀狀態的可能微觀配置的數量相關聯。“在順磁性材料的情況下，熵體現了機率分佈，描述了它包含的粒子中向上或向下自旋的數量，”Souza 說。

在最近發表的研究中，順磁性鹽被壓縮在一個方向。“單軸應力的應用減少了鹽的體積。因為這個過程是在沒有與環境進行任何熱交換的情況下進行的，壓縮產生了材料溫度的絕熱上升。溫度上升意味著熵的上升。為了保持系統常數中的總熵，必須有一部分熵的區域性減少抵消了溫度的升高。因此，自旋傾向於對齊，導致系統磁化，”Souza 說。

系統的總熵保持不變，絕熱壓縮導致磁化。“在實驗中，當樣品被壓縮的時間少於熱弛豫所需的時間——系統與環境交換熱量所需的典型時間時，就實現了絕熱壓縮，”Souza 說。

研究人員還提出，溫度的絕熱上升可用於研究其他相互作用系統，例如磁絕緣體中的玻色-愛因斯坦凝聚和偶極自旋冰系統。

更多資訊:

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