Un equipo de científicos de la Universidad de Radboud ha descubierto que el neodimio se “congela” gradualmente con el calor.
El neodimio es un tipo de material magnético que suele utilizarse para hacer imanes ultra fuertes, capaces de ofrecer una mejor sujeción. Podemos encontrarlo en algunas prótesis dentales y terapéuticas, así como en múltiples piezas electrónicas. Ambos, lugares en donde no es común que un imán se congele.
Por ello, este curioso fenómeno lleva dos años sorprendiendo a la comunidad científica.
El neodimio es un material magnético que no sigue las reglas
Cuando un material magnético se calienta, las propiedades magnéticas en su interior se reducen. Esto es prácticamente una ley universal, debido a que las altas temperaturas favorecen un comportamiento desordenado en los átomos. Lo que hace que el magnetismo sea mucho más leve en comparación con los imanes que están expuestos al frío.
Sin embargo, los físicos han encontrado la excepción a esa regla. El neodimio sigue un patrón opuesto al resto de materiales magnéticos. En lugar de congelarse con el frío, sus espines atómicos reaccionan a las altas temperaturas. Con lo cual, son más magnéticos cuando hace calor, y menos magnéticos cuando hace frío.
“El comportamiento magnético en el neodimio que observamos es en realidad lo contrario de lo que sucede normalmente. Es como si el agua que se convirtiera en un cubo de hielo cuando se calienta”.
Alexander Khajetoorians, físico en la Universidad de Radboud en los Países Bajos
Los investigadores han denominado a este fenómeno “estado de vidrio giratorio”, pues parece ser que el neodimio no es el único material magnético que se “congela” con el calor.
Hay algunos materiales que sirven para hacer imanes y otros que necesitan ayuda
De acuerdo con los investigadores, el hierro y el cobre son materiales magnéticos convencionales. Lo que significa que los espines en sus átomos están alineados en una misma dirección, bien sea al norte o al sur.
Es por eso que son la principal materia prima de los imanes, pues no requieren de temperaturas extremadamente frías o cálidas para ordenar sus átomos.
Sin embargo, el neodimio no es un material magnético convencional. Al igual que tampoco lo son algunas aleaciones de cobre y hierro cuyos átomos están naturalmente desordenados. A estos insumos se les conoce como materiales magnéticos aleatorios, y son los menos indicados para crear imanes. Básicamente porque son mucho más susceptibles a los cambios de temperatura.
¿Entonces cómo el neodimio puede hacer excelentes imanes? Simple, porque suele mezclarse con hierro para que los espines se alineen. De esta manera, se refuerza su sujeción y su resistencia.
Pero en definitiva, el neodimio puro no se comporta como otros materiales magnéticos.
El físico Benjamin Verlhac descubrió que el neodimio no puede alcanzar un estado ordenado por su cuenta. Por lo tanto, elevar la temperatura del material de -268 grados Celsius a -265 grados Celsius induce un estado de congelación similar a cuando se enfría un vidrio giratorio. Al menos hasta que la temperatura vuelve a descender y los valores se debilitan.
¿Qué implicaciones tiene este hallazgo sobre el neodimio?
De momento, los investigadores no se han atrevido a decir si el neodimio debería reemplazarse por otro material magnético durante la creación de imanes. Después de todo, el proceso de congelación de átomos es algo habitual en todos estos materiales. Solo que en este caso, el patrón está invertido.
Quizás una mayor investigación podría revelar el mecanismo detrás de este extraño comportamiento, y darle un buen uso científico. Pero tales implicaciones, que van mucho más allá de la física, podrían demorar varios años en concretarse. Así que es probable que los físicos sigan sorprendidos por las propiedades del neodimio durante un largo tiempo.
Referencias:
Physicists Are Startled by This Magnetic Material That ‘Freezes’ When Heated https://www.sciencealert.com/this-magnetic-material-freezes-when-heated-in-a-reversal-of-our-expectations
Thermally induced magnetic order from glassiness in elemental neodymium https://doi.org/10.1038/s41567-022-01633-9