Un matériau magnétique qui gèle lorsqu’il est chauffé intrigue les scientifiques

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Une équipe de chercheurs de l’Université Radbound aux Pays-Bas est déconcertée par le comportement d’un matériau magnétique qui, étrangement, gèle lorsqu’il est chauffé. L’objet en question, un aimant au néodyme, provient d’une étude publiée dans la revue scientifique Physique naturelle.

« C’est assez contre-productif », a déclaré Alexander Khajetoorians, un physicien co-auteur de l’étude. « C’est comme si l’eau se transformait en glaçon lorsqu’elle était bouillie. »

Les aimants en néodyme sont en fait un mélange de néodyme et de fer, ce qui lui permet de se comporter comme prévu.  Dans le cas d'un matériau magnétique pur, il gèle lorsqu'il est chauffé.
Les aimants en néodyme sont en fait un mélange de néodyme et de fer, ce qui lui permet de se comporter comme prévu. Dans le cas d’un matériau magnétique pur, il gèle lorsqu’il est chauffé (Image : Lekdood/Shuttterstock)

Bien qu’intrigant, il y a une raison scientifique à cela : dans les aimants normaux, faits de fer, un phénomène commun appelé « spin magnétique » les atomes s’alignent dans la même direction – c’est-à-dire, dans l’espace tridimensionnel, leurs pôles magnétiques nord et sud .sud sont toujours orientés de la même manière. D’autres matériaux, comme le cuivre, présentent des spins magnétiques plus aléatoires, ce que les physiciens appellent le « verre en rotation ».

Le néodyme, un métal que l’on trouve couramment dans des pays comme le Brésil, la Chine, les États-Unis, l’Inde, le Sri Lanka et l’Australie (et très irritant pour les yeux et la peau) fait d’excellents aimants, mais ce que les gens appellent un « aimant au néodyme » est, en fait, un mélange ferromagnétique – c’est-à-dire un mélange de celui-ci avec du fer commun, précisément pour que ses spins magnétiques s’alignent correctement.

Lorsqu’il est pur, le néodyme ne se comporte pas comme les autres métaux. Cela ne fait même pas deux ans qu’une étude antérieure a déterminé que ce métal a ce qu’on appelle du « verre rotatif auto-induit ». En pratique : ses spires magnétiques sont naturellement « boguées », selon l’expression internet.

En ce qui concerne la température, ce qui se passe généralement est le suivant : vous chauffez un métal, cela augmente son énergie, ce qui à son tour augmente le mouvement et la vitesse de ses spins magnétiques. A l’inverse, refroidir un métal et ses spins magnétiques ralentissent également, voire s’arrêtent.

Le matériau magnétique du néodyme, cependant, gèle lorsqu’il est chauffé : des scientifiques dirigés par des Khajetoriens ont observé que lorsque le néodyme quitte -268°C (Celsius) et atteint -265°C, il est induit à un état d’arrêt. Et lorsque le métal a été refroidi, ses spins ont de nouveau augmenté.

L’équipe spécule que cela a à voir avec un autre phénomène – « frustration », et oui, c’est le nom. Fondamentalement, un métal est incapable de se mettre dans un état attendu, ce qui provoque le désarroi de ses atomes – et de leurs spins.

Dans le cas du néodyme, il est possible que son spin magnétique ait des propriétés dépendant de la température. En l’augmentant, ces propriétés s’affaiblissent, générant le moment de « frustration ». « Ce motif de congélation ne se produit normalement pas dans les matériaux magnétiques », ont déclaré les Khajetooriens.

Ce qui va se passer maintenant, c’est la continuité des études, afin de découvrir exactement quel est le mécanisme qui permet l’existence d’un matériau magnétique qui se fige lorsqu’il est chauffé, a déclaré le scientifique : « si à la fin de tout on arrive à créer un modèle de comment ces matériaux se comportent, cela peut également être extrapolé au comportement d’une large gamme de matériaux », a-t-il déclaré.

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