باحثون يكتشفون مادة تتجمد عند تسخينها
اكتشف باحثون مادة جديدة تتميز بخصائص مغناطيسية، تتجمد جزيئاتها متناهية الصغر بشكل كامل، بمجرد تسخينها بشكل طفيف.
وأشار الباحث الفيزيائي أليكسندر خاجيتوريانز، إلى أن المادة المكتشفة، وهي النيوديميوم، فاجأت الفريق البحثي بسلوكياتها المغناطيسية، لأن خصائص المادة تتفاعل مع الحرارة بشكل غير معهود من المواد المغناطيسية المختلفة.
وشبه خاجيتوريانز الأمر وكأن ألماسا يتحول إلى ثلج عند تسخينه لدرجة الذوبان.
وأوضح الفريق البحثي أن بعض المواد المكونة من سبائك معدنية، مثل الحديد والنحاس، تظهر مكوناتها تدور بشكل عشوائي تماما، وتلك الحالة يطلق عليها اسم دوران الزجاج Spin Glass.
وذلك يتنافى مع سلوكيات المواد المغناطيسية المعدنية التقليدية، مثل الحديد، حيث تترتب ذرات تلك المواد في دورات في الاتجاه نفسه، أي أن أقطابها المغناطيسية الشمالية والجنوبية تكون موجهة بالطريقة نفسها في نظام ثلاثي الأبعاد.
وقال الفريق البحثي، إن النيوديميوم لا يقدم خواصا مغناطيسية مثل بقية المعادن، إذ إنه عند استخدامه لصناعة المغناطيس، يكون من اللازم دمجه مع الحديد، لضبط محاذاة دورات جزيئاته في المجال المغناطيسي، ولكن النيوديميوم النقي يتصرف وكأنه معدن زجاجي، أي أن جزيئاته تدور بشكل عشوائي غير منظم.
وعلى عكس المعادن المغناطيسية التقليدية، فإنه عند وصول النيديميوم، وغيره من المعادن الزجاجية الدوارة، إلى درجة التجمد، فإن الجزيئات تتصرف بشكل طبيعي أقرب لجزيئات المغناطيس الحديدي.
والمثير للاهتمام أن فريق الباحثين اكتشفوا سلوكا منظما من جانب جزيئات النيوديميوم عند رفع حرارتها من -268 درجة مئوية إلى -265 درجة مئوية، بينما عندما يتم تبريد الجزيئات من جديد فإنها تعود للدوران بشكل عشوائي مرة أخرى.
وتعد تلك الظاهرة هي الأولى من نوعها، وغير مفهوم سبب حدوثها، حيث إن سلوكيات جزيئات النيوديميوم تعد شاذة مقارنة بالطبيعة الغالبة لسلوك جزيئات بقية المعادن الطبيعية، إلا أن الباحثين أرجعوا تلك الظاهرة بشكل جزئي إلى ظاهرة تسمى بـ "إحباط المعادن".
وتتمثل الظاهرة في عدم قدرة المادة على البقاء في حالة منظمة وواضحة بشكل مستمر، مما يتسبب في حالة من الاضطراب الشديد في جزيئات المادة، وهو على الأغلب ما يحدث للمعادن ذات الخصائص الزجاجية.
وأكد الفريق البحثي أن جزيئات النيوديميوم تقوم بسلوكيات تصحيحية معتمدة على الحرارة، فمع ارتفاع درجات الحرارة، تضعف الروابط بين الجزيئات، مما يؤدي لحدوث حالة "الإحباط"، مما يؤدي في النهاية إلى اصطفاف الجزيئات في محاذاة منظمة.
وتوقع الباحثون أن المزيد من البحث والتمحيص وراء آلية حدوث سلوك جزيئات النيوديميوم سيوضح النظام الذي يتكون من الاضطراب عند تعريض تلك الجزيئات لكم من الطاقة، فقد أشار خاجيتوريانز إلى أن الحالة التي تدخل فيها جزيئات النيوديميوم غير تقليدية بالنسبة للمواد المغناطيسية، وفهم تلك الآلية سيساعد على وضع نموذج محدد وواضح المعالم يسهل من خلاله تحليل واستقراء سلوكيات مجموعة واسعة من المواد الأخرى.
