Un minerale sotto stress

Sotto pressione i comportamenti cambiano. Lo sanno i fisici che da tempo stanno indagando come variano le proprietà dei materiali in condizioni simili a quelle che si possono trovare nel mantello terrestre. Una scoperta in questo campo è stata appena annunciata dai ricercatori del Carnegie Institution’s Geophysical Laboratory: l’attrazione magnetica della magnetite si dimezza quando il minerale ferroso viene posto a pressioni comprese tra 120mila e 160mila volte quella atmosferica.

Il magnetismo degli elementi è dovuto alla presenza di un numero dispari di elettroni. In ciascun atomo, infatti, queste particelle possono trovarsi accoppiate a due a due o spaiate. Una condizione necessaria ma non sufficiente: perché un materiale possegga proprietà magnetiche, infatti, gli elettroni spaiati devono interagire tra loro e orientarsi tutti nella stessa direzione. In fisica si dice che allineano gli spin (lo spin si può immaginare come la proprietà degli elettroni di ruotare su loro stessi). I geofisici, insieme ai ricercatori dell’Advanced Photon Source dell’Argonne National Laboratory, hanno ora scoperto che la diminuzione della proprietà magnetica osservata è dovuta a una riduzione del numero di elettroni spaiati.

La magnetite è stata studiata con una nuova tecnica, chiamata X-ray Magnetic Circular Dichroism (Xmcd) presso l’Advanced Photon Source, uno sincrotrone (acceleratore di particelle) ad alta energia. La tecnica permette di misurare il magnetismo all’interno di una cella a incudine di diamanti, lo strumento utilizzato per “schiacciare” letteralmente il minerale. I fisici hanno poi combinato i loro risultati sperimentali con i calcoli del Kirensky Institute of Physics (in Russia) e lo studio sarà pubblicato nel mese di febbraio sul Physical Review Letters.

“La magnetite si trova in piccole quantità in alcuni batteri, nel cervello di alcuni uccelli e insetti, e anche negli esseri umani”, ha commentato Yang Ding, autore dello studio. “I primi navigatori la utilizzavano per trovare il Polo Nord e gli uccelli la usano probabilmente per orientarsi in volo. Attualmente la sua maggiore applicazione è nelle nanotecnologie”. La ricerca non solo mostra gli effetti della pressione sul magnetismo, ma spiega per la prima volta come questa induca un cambiamento dell’interazione tra gli elettroni riducendo lo spazio che li separa, che si riflette in una variazione negli assetti di spin. (g.r.)