在2022 年7 月4 日發表於《自然·物理學》期刊上的一篇文章中，科學家們介紹了玻璃態釹元素的熱誘導磁序（thermally induced magnetic order）特性。拉德堡大學（Radboud University）掃描探針顯微鏡學教授Alexander Khajetoorians 表示：“這種現像很是反直覺，就像給水加熱卻形成了冰塊”。

（圖自：Radboud University）

SCI Tech Daily指出：在較低的溫度下，材料中的自旋會形成隨機圖案。其中每個圖案都像螺旋一樣旋轉，帶有特定的扭曲。

但在加熱材料後，自旋會選擇一種特定的螺旋圖案。這種現象通常在磁性材料的溫度降低時發生，因而很是違反科學家們的直覺。

研究配圖- 1：Nd（0001）在5K 溫度時的Spin-Q 玻璃態

據悉，釹（Nd）元素與傳統的旋轉玻璃態物質不一樣，其中混有隨機的磁性材料，可在結晶形式中表現出玻璃狀行為。自旋形成類似螺旋的圖案，是隨機且不斷變化的。

幾年前，科學家們將之稱作“自誘導自旋玻璃”。通常可在合金材料上看到，比如鐵原子隨機分散到了銅原子網格中、且旋轉指向了不同的方向。

研究配圖- 2：高溫下從自旋Q 玻璃態出現長程多Q 級

在這項新研究中，物理學家發現，當他們將釹從-268 °C 加熱到-265 °C（-450 °F 到-445 °F）時，自旋反而會“凍結”成固體圖案，在較高溫度下形成了一種磁鐵！

當冷卻材料時，隨機旋轉的螺旋圖案又回來了。Alexander Khajetoorians 教授表示：“這種’凍結’模式通常不會在磁性材料上出現”。

研究配圖- 3：多Q 磁躍遷和Tɢ 提取

按照常理，溫度會增加固體、液體或氣體中的能量。磁鐵也是如此—— 隨著溫度的升高，自旋會開始搖擺。然而在釹材料上看到的磁性行為，卻與正常狀況相反。

這類情況在自然界中相當罕見，很少有已知材料會表現出“錯誤”的模式。另一個知名的例子，就是電荷可在較高溫度下積累並形成有序圖案、較低溫度下又隨機分佈的羅謝爾鹽。

研究配圖- 4：原子自旋動力學模擬。

值得一提的是，對自旋玻璃態的複雜理論描述，也是Parisi 在2021 年被授予的諾貝爾物理學獎的一個主題。

此外弄清其工作原理，對於其它科學領域也非常重要。假如我們最終可對這些材料的行為進行建模，那也可以外推到各種其它材料的行為。

最後，有關這項研究的詳情，還請移步至2022 年7 月4 日出版的《Nature Physics》期刊上查看（PDF）。

原標題為《Thermally induced magnetic order from glassiness in elemental neodymium》。