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目前最強的永磁體中含有釹和鐵兩種元素的混合物。然而，釹本身的行為並不像任何已知的磁鐵，這讓研究人員困惑了半個多世紀。拉德布德大學和烏普薩拉大學的物理學家們發現，釹的行為就像自旋玻璃一樣，這意味著它是由許多以不同速度循環的微小旋轉磁體組成的波紋海，並隨著時間的推移而不斷演變。了解這種新型的磁性行為，可以完善我們對元素周期表上的元素的理解，並最終可能為人工智慧的新材料鋪平道路。該成果於29日發表在《Science》雜誌上。
"在一罐蜂蜜中，當曾經清晰的地方變成乳黃色的時候你可能認為蜂蜜變質了，但實際上是蜂蜜開始結晶了。這就很像釹的結晶過程，"掃描探針顯微鏡教授Alexander Khajetoorians說。他與Mikhail Katsnelson教授和助理教授Daniel Wegner一起，發現釹元素以複雜的磁性方式表現出來，這在元素周期表的其他元素中從未見過。
磁鐵是由南北兩極定義的。剖開一塊普通的磁鐵，會發現許多原子磁鐵，即所謂的自旋磁鐵，它們沿著同一方向排列，定義了南北極。不同的是，有些合金材料是以自旋玻璃的形式存在，其中隨機間隔的自旋玻璃指向各種方向。自旋玻璃的名字來源於玻璃中原子的無定形、不斷發展的結構。這樣一來，自旋玻璃就把磁性行為與液體和凝膠等軟物質中的現象聯繫起來。
眾所周知，自旋玻璃存在於合金中，合金是金屬與一種或多種其他元素的組合，具有非晶態結構，但從未出現在元素周期表中的純元素中。令人驚訝的是，拉德布德的研究人員發現，稀土元素釹這種完全有序的稀土元素的原子自旋形成了像螺旋一樣旋轉的圖案，但卻不斷地改變著螺旋的準確圖案。這就是一種新的物質狀態的表現，叫做自旋玻璃。
"我們是掃描隧道顯微鏡（STM）方面的專家。它可以讓我們看到單個原子的結構，我們可以解析出原子的南北兩極，"Wegner解釋道。"利用高精度成像的這一進步，我們能夠發現釹中的行為，因為我們能夠解析出磁性結構中驚人的微小變化。這不是一件容易的事情。"
這一發現為我們開闢了一種可能性，即在新材料中，包括周期表上的其他元素，也可以觀察到這種複雜的、玻璃狀的磁性行為。Khajetoorians說："它將完善關於物質基本屬性的教科書知識。但它也將為發展新的理論提供一個試驗場，在那裡我們可以將物理學與其他領域聯繫起來，例如理論神經科學。釹的複雜演化可能是一個模仿人工智慧中使用的基本行為的平臺。所有可以存儲在這種材料中的複雜模式都可以和圖像識別聯繫在一起。"
隨著人工智慧的進步和巨大的能量消耗，人們對製造能夠直接在硬體中執行類似於大腦的任務材料的需求越來越大。"你永遠不可能用簡單的磁鐵來打造出一臺靈感來自大腦的計算機，但具有這種複雜行為的材料可能是合適的候選者。"Khajetoorians說。
論文標題為《Self-induced spin glass state in elemental eand crystalline neodymium》。