突破性进展：在不施加外部磁场的情况下将一种材料磁化

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巴西圣保罗州立大学（UNESP）的研究人员在《科学报告》杂志上发表的一篇文章中提出了在不施加外部磁场的情况下使材料磁化的建议，他们在文章中详细介绍了用于实现这一目标的实验方法。

这项研究是Lucas Squillante在位于Rio Claro的UNESP物理系教授Mariano de Souza的指导下进行的博士研究的一部分。由Souza指导的另一位博士生Isys Mello和位于Ilha Solteira的UNESP物理和化学系教授Antonio Seridonio也做出了贡献。该小组得到了FAPESP的支持。

"简而言之，当盐被绝热压缩时就会发生磁化，期间不与外部环境进行热交换，"Souza说。"压缩提高了盐的温度，同时重新排列其颗粒的自旋。因此，该系统的总熵保持不变，并且该系统在该过程结束时仍然被磁化。"

为了帮助理解这一现象，值得回顾一下自旋和熵的基本知识：

自旋是一种量子属性，它使基本粒子（夸克、电子、光子等）、复合粒子（质子、中子、介子等），甚至原子和分子都表现得像微小的磁铁，在提交给磁场时指向北或南--上旋和下旋。

顺磁材料，如铝，是一种金属，只有在施加外部磁场时才会被磁化。包括铁在内的铁磁性材料，即使在没有外加磁场的情况下也可能显示有限的磁化，因为它们有磁畴。

熵基本上是对系统的可访问配置或状态的一种衡量。可访问状态的数量越多，熵就越大。奥地利物理学家路德维希-玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann，1844-1906）使用统计方法，将一个系统的熵（这是一个宏观的量级）与构成其宏观状态的可能微观配置的数量联系起来。Souza表示，在顺磁材料的情况下，熵体现了一种概率分布，描述了它所包含的粒子中上旋或下旋的数量。

Souza表示，在最近发表的研究中，顺磁盐在单一方向上被压缩。施加单轴应力会减少盐的体积。因为这个过程是在没有与环境进行任何热交换的情况下进行的，所以压缩产生了材料温度的绝热上升。温度的上升意味着熵的上升。为了使系统中的总熵保持不变，必须有一个局部减少熵的部分来抵消温度的上升。结果是，自旋趋于对齐，导致系统的磁化。

该系统的总熵保持不变，绝热压缩导致磁化，从实验上看，当样品被压缩的时间少于热松弛所需的时间--系统与环境进行热交换所需的典型时间时，绝热压缩就实现了。

研究人员还提出，绝热温度的上升可以用来研究其他相互作用的系统，如磁绝缘体中的玻色-爱因斯坦凝结物，以及双极自旋冰系统。