Quando riscaldiamo una sostanza, gli atomi o le molecole si muovono sempre più velocemente. Questo movimento genera disordine, noto anche come entropia. Un esempio classico è la fusione del ghiaccio: le molecole d’acqua, ordinate nel ghiaccio, iniziano a muoversi liberamente nell’acqua liquida. Tuttavia, i chimici hanno scoperto un comportamento sorprendente: in alcuni materiali, gli atomi possono congelarsi anche quando la temperatura aumenta! Un fenomeno che sembra contraddire le leggi classiche della fisica.
In generale, più un materiale è caldo, più i suoi atomi o molecole si agitano in tutte le direzioni. Questo movimento provoca disordine e quindi un aumento dell’entropia. Al contrario, quando raffreddiamo un materiale, i suoi atomi possono stabilizzarsi in una posizione precisa: si dice allora che si sono “congelati”. È in questi stati ben ordinati, ottenuti a basse temperature, che emergono proprietà interessanti come la ferroelettricità (capacità di produrre una tensione elettrica sotto pressione) o l’magnetizzazione.
Il problema è che questi effetti funzionano generalmente solo a freddo, limitandone l’uso. Ma i ricercatori di Rennes e Bordeaux hanno dimostrato che in alcuni materiali particolari, gli atomi possono congelarsi quando la temperatura aumenta! Un’osservazione apparentemente contraria alle leggi della termodinamica, che impongono un aumento del disordine con la temperatura, ma che gli scienziati sono riusciti a spiegare.
Il materiale studiato presenta due stati magnetici stabili in funzione della sua temperatura. A basse temperature, gli elettroni si assemblano in coppie e lo stato magnetico è detto ordinato. Il riscaldamento a temperatura ambiente porta a uno stato magnetico disordinato in cui gli elettroni non sono più appaiati. Il riscaldamento favorisce quindi un disordine elettronico (o entropia magnetica) che compete con l’entropia legata alla posizione degli atomi.
Lo studio dimostra che l’entropia totale del sistema aumenta con la temperatura, come imposto dalle leggi della termodinamica, e che è l’entropia magnetica a dominare, permettendo agli atomi di mantenere a temperature elevate la posizione “congelata” che adottano a basse temperature. Questi risultati, pubblicati su Materials Horizons, suggeriscono che combinare disordine elettronico e ordine atomico potrebbe portare a nuovi materiali per sensori, memorie o altri dispositivi.
Fonte: Techno Science
