Matrizes extremamente pequenas de ímãs com propriedades estranhas e incomuns podem se ordenar aumentando a entropia, ou a tendência dos sistemas físicos à desordem, um comportamento que parece contradizer a termodinâmica padrão – mas não o faz.
"Paradoxalmente, o sistema ordena porque quer ser mais desordenado", disse Cristiano Nisoli, físico de Los Alamos e coautor de um artigo sobre a pesquisa em Física da Natureza . “Nossa pesquisa demonstra a ordem orientada pela entropia em um sistema estruturado de ímãs em equilíbrio”.

O sistema examinado neste trabalho, conhecido como tetris spin ice, foi estudado como parte de uma colaboração de longa data entre Nisoli e Peter Schiffer na Universidade de Yale, com análises teóricas e simulações conduzidas em Los Alamos e trabalho experimental conduzido em Yale. A equipe de pesquisa inclui cientistas de várias universidades e instituições acadêmicas.

Matrizes de nanomagnetos, como tetris spin ice, mostram-se promissoras como circuitos de portas lógicas na computação neuromórfica, uma arquitetura de computação de ponta que imita de perto o funcionamento do cérebro. Eles também têm aplicações possíveis em vários dispositivos de alta frequência usando "magnônicos" que exploram a dinâmica do magnetismo em nanoescala.

Entropia é a medida do estado de desordem, aleatoriedade ou incerteza em um sistema físico. Um líquido, por exemplo, tem alta entropia porque em temperaturas quentes – alta energia – suas moléculas são livres para se mover de forma aleatória e desordenada.

Mas quando os líquidos são resfriados para formar sólidos, as moléculas se acalmam e se ordenam por meio de interações para otimizar sua energia. Eles podem se organizar em uma rede cristalina em apenas um número limitado de configurações. Isso reduz sua entropia:eles são altamente ordenados.

Alguns sistemas, no entanto, não são tão simples. Partes do sistema se acomodam de maneira ordenada, mas outras não. Esses sistemas "frustrados" retêm a desordem.

Tetris spin ice, que é composto de matrizes 2D de ímãs muito pequenos que interagem, mas são frustrados, é uma estranha mistura dos dois casos. As orientações dos pólos magnéticos são frustradas de tal forma que o sistema mantém alguma ordem enquanto permanece desordenado. A baixa temperatura se decompõe em listras alternadas ordenadas e desordenadas.

O aparente paradoxo de entropia crescente com ordem crescente é resolvido pela interação entrópica entre as camadas alternadas. Pela ordenação mútua das listras ordenadas, o sistema aumenta a desordem nas outras listras. Assim, a ordem acontece sem qualquer diminuição de energia, mas através de um aumento de entropia.

"Nenhuma lei da termodinâmica é realmente quebrada", disse Nisoli. “O conceito de que os sistemas ordenam reduzindo a entropia se aplica à maioria dos sistemas, mas, como mostramos, não a todos. " + Explorar mais

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