Οι μηχανικοί δείχνουν ότι τα μαγνητικά σωματίδια περιστρέφονται εκπληκτικά ακολουθούν τους θερμοδυναμικούς νόμους

Τα μαγνητικά σωματίδια που περιστρέφονται παρουσιάζουν συμπεριφορά παρόμοια με τα μόρια σε ένα αέριο, δείχνοντας ότι οι θεμελιώδεις θερμοδυναμικοί νόμοι ισχύουν για τα περιστρεφόμενα συστήματα της μικρο-κλίμακα, σύμφωνα με μελέτη που διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο Purdue.

Η Spintronics και άλλες τεχνολογίες που αξιοποιούν τη φυσική των μικροσκοπικών μαγνητών και οι αλληλεπιδράσεις τους χρησιμοποιούνται ήδη σε κεφαλές ανάγνωσης σε σκληρούς δίσκους και, πιο πρόσφατα, ενσωματωμένη μνήμη που χρησιμοποιούνται σε smartphones για τη λειτουργία χαμηλής ισχύος τους. Μια τέτοια τεχνολογία μπορεί κάποια μέρα να χρησιμοποιηθεί σε άλλες υπολογιστικές εφαρμογές, ειδικά καθώς η ενεργειακή απόδοση και η μικρογραφία καθίστανται όλο και πιο σημαντικές.

Η θερμοδυναμική είναι ένα θεμελιώδες κλάδο της φυσικής που διέπει πολλές πτυχές της υλικής συμπεριφοράς, από μια μεταλλική κουτάλι θέρμανση σε ένα ζεστό φλιτζάνι καφέ μέχρι τον τρόπο με τον οποίο τα αέρια επεκτείνονται και ασκούν πίεση. Στη μικρο-κλίμακα, όπου η κβαντική μηχανική βασιλεύει την υπέρτατη και η παραδοσιακή φυσική μειώνεται, οι επιστήμονες ανακάλυψαν προηγουμένως τα αποτελέσματα που σχετίζονται με το σπιν που φαινόταν διαφορετικά από την κανονική θερμοδυναμική, οι οποίες μελετούν τις καταστάσεις ισορροπίας των συστημάτων.

"Υπήρχε προηγουμένως ότι σε καταστάσεις μη ισορροπίας - όπου η ενέργεια αντλείται συνεχώς ή εξάγεται από το σύστημα - η Thermodynamics δεν μπορεί να εφαρμοστεί", δήλωσε ο Joseph Heremans, ανώτερος συγγραφέας του χαρτιού και ο Francis Hobart Vinton Vinton Vinton. "Αυτό που βρήκαμε είναι ότι τα περιστρεφόμενα μαγνητικά νανοσωματίδια συμπεριφέρονται σύμφωνα με τους ίδιους νόμους με τα μόρια σε ένα αέριο".

Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για μελλοντική έρευνα για τις θερμοδυναμικές αρχές της ύλης στην κβαντική κλίμακα, η οποία παραμένει ένα ανεπαρκές σύνορο. Τα ευρήματα ευθυγραμμίζονται με τις προσπάθειες της Heremans και της ομάδας του να αναπτύξουν ένα καλύτερο θεωρητικό πλαίσιο που προσεγγίζει περισσότερο τη συμπεριφορά των πραγματικών νανο-υλικών υλικών.

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια υπολογιστική προσέγγιση για το μοντέλο ενός συστήματος μαγνητικών νανοσωματιδίων που αιωρούνται σε ένα υγρό. Όταν υποβάλλονται σε ένα ταλαντευόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο ασκεί ροπή, τα νανοσωματίδια θα αρχίσουν να γυρίζουν. Όσο ταχύτερα περιστράφηκαν, τόσο πιο ζεστά έγιναν. Αυτό το εύρημα οδήγησε τους ερευνητές να συνειδητοποιήσουν ότι τα περιστρεφόμενα σωματίδια, ενεργώντας σαν να ήταν μεμονωμένα άτομα ή μόρια, συμπεριφέρονται στην πραγματικότητα σαν αέριο που υπακούει στους νόμους της θερμοδυναμικής.

"Ο κύριος στόχος αυτής της έρευνας ήταν να προσπαθήσουμε να γεφυρώσουμε το χάσμα μεταξύ των θεμελιωδών φυσικής και των πρακτικών εφαρμογών συσκευών", δήλωσε ο Heremans. "Όταν πρόκειται για πρακτικές συσκευές, δεν μετράμε συχνά τα σωματίδια μεμονωμένα:μετράμε τη συνολική συμπεριφορά ολόκληρου του υλικού, γι 'αυτό χρησιμοποιούμε έννοιες όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η ροή θερμότητας".

Η μελέτη δημοσιεύθηκε σε επιστολές φυσικής αναθεώρησης στις 24 Φεβρουαρίου.