Magnétiser un matériau sans appliquer de champ magnétique externe est proposé par des chercheurs de l'Université d'État de São Paulo (UNESP), Brésil, dans un article publié dans la revue Rapports scientifiques , où ils détaillent l'approche expérimentale utilisée pour atteindre cet objectif.

L'étude faisait partie du doctorat. recherches poursuivies par Lucas Squillante sous la direction de Mariano de Souza, professeur au Département de physique de l'UNESP à Rio Claro. Des contributions ont également été faites par Isys Mello, un autre doctorat candidat encadré par Souza, et Antonio Seridonio, professeur au Département de physique et de chimie de l'UNESP à Ilha Solteira. Le groupe était soutenu par la FAPESP.

"Très brièvement, l'aimantation se produit lorsqu'un sel est comprimé adiabatiquement, sans échange de chaleur avec l'environnement extérieur, " a dit Souza. " La compression élève la température du sel et en même temps réarrange les spins de ses particules. Par conséquent, l'entropie totale du système reste constante et le système reste magnétisé à la fin du processus."

Pour aider à comprendre le phénomène, il convient de rappeler les bases du spin et de l'entropie.

Le spin est une propriété quantique qui rend les particules élémentaires (quarks, électrons, photons, etc.), particules composées (protons, neutrons, mésons, etc.) et même les atomes et les molécules se comportent comme de minuscules aimants, pointant vers le nord ou le sud - spin ascendant et spin descendant - lorsqu'il est soumis à un champ magnétique.

"Les matériaux paramagnétiques comme l'aluminium, qui est un métal, ne sont magnétisés que lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué. Matériaux ferromagnétiques, y compris le fer, peuvent afficher une magnétisation finie même en l'absence d'un champ magnétique appliqué car ils ont des domaines magnétiques, " expliqua Souza.

L'entropie est essentiellement une mesure des configurations ou des états accessibles du système. Plus le nombre d'états accessibles est grand, plus l'entropie est grande. le physicien autrichien Ludwig Boltzmann (1844-1906), en utilisant une approche statistique, associé l'entropie d'un système, qui est une grandeur macroscopique, avec le nombre de configurations microscopiques possibles qui constituent son macroétat. « Dans le cas d'un matériau paramagnétique, l'entropie incarne une distribution de probabilités qui décrit le nombre de spins ascendants ou descendants dans les particules qu'elle contient, " a déclaré Souza.

Dans l'étude récemment publiée, un sel paramagnétique a été comprimé dans une seule direction. "L'application d'une contrainte uniaxiale réduit le volume du sel. Parce que le processus est conduit sans aucun échange de chaleur avec l'environnement, la compression produit une élévation adiabatique de la température du matériau. Une élévation de température signifie une élévation de l'entropie. Pour maintenir constante l'entropie totale dans le système, il doit y avoir une composante de réduction locale d'entropie qui compense l'élévation de température. Par conséquent, les tours ont tendance à s'aligner, conduisant à l'aimantation du système, " a déclaré Souza.

L'entropie totale du système reste constante, et la compression adiabatique entraîne une magnétisation. "Expérimentalement, la compression adiabatique est obtenue lorsque l'échantillon est comprimé pendant moins de temps que ce qui est nécessaire pour la relaxation thermique - le temps typique pris par le système pour échanger de la chaleur avec l'environnement, " a déclaré Souza.

Les chercheurs proposent également que l'augmentation adiabatique de la température pourrait être utilisée pour étudier d'autres systèmes en interaction, tels que les condensats de Bose-Einstein dans les isolants magnétiques, et les systèmes spin-glace dipolaires.