ferromagnetisme, fysisk fænomen, hvor visse elektrisk uladede materialer stærkt tiltrækker andre. To materialer, der findes i naturen, lodestone (eller magnetit, et O .id af jern, Fe3O4) og jern, har evnen til at erhverve sådanne attraktive kræfter, og de kaldes ofte naturlige ferromagneter. De blev opdaget for mere end 2.000 år siden, og alle tidlige videnskabelige undersøgelser af magnetisme blev udført på disse materialer. I dag bruges ferromagnetiske materialer i en lang række enheder, der er vigtige for hverdagen—f. eks.,, elektriske motorer og generatorer, transformere, telefoner og højttalere.
ferromagnetisme er en slags magnetisme, der er forbundet med jern, kobolt, nikkel og nogle legeringer eller forbindelser indeholdende et eller flere af disse elementer., Det forekommer også i gadolinium og et par andre sjældne jordarter. I modsætning til andre stoffer magnetiseres ferromagnetiske materialer let, og i stærke magnetfelter nærmer magnetiseringen en bestemt grænse kaldet mætning. Når et felt påføres og derefter fjernes, vender magnetiseringen ikke tilbage til dets oprindelige værdi—dette fænomen kaldes Hysterese (..v.). Ved opvarmning til en bestemt temperatur kaldet Curie-punktet (v.v.,), som er forskellig for hvert stof, mister ferromagnetiske materialer deres karakteristiske egenskaber og ophører med at være magnetiske; de bliver imidlertid ferromagnetiske igen ved afkøling.
magnetismen i ferromagnetiske materialer er forårsaget af justeringsmønstrene for deres bestanddele, der fungerer som elementære elektromagneter. Ferromagnetism forklares ved tanken om, at nogle arter af atomer har et magnetisk moment—det er, at sådan et atom i sig selv er en elementær elektromagnet, der produceres ved bevægelse af elektroner omkring sin kerne og spin af dets elektroner på deres egne akser., Under Curie-punktet justerer atomer, der opfører sig som små magneter i ferromagnetiske materialer spontant. De bliver orienteret i samme retning, så deres magnetfelter forstærker hinanden.et krav til et ferromagnetisk materiale er, at dets atomer eller ioner har permanente magnetiske øjeblikke. Et atoms magnetiske øjeblik kommer fra dets elektroner, da det nukleare bidrag er ubetydeligt. Et andet krav til ferromagnetisme er en slags interatomisk kraft, der holder de magnetiske øjeblikke af mange atomer parallelle med hinanden., Uden en sådan kraft ville atomerne blive forstyrret af termisk agitation, øjeblikkene af tilstødende atomer ville neutralisere hinanden, og det store magnetiske øjeblik, der er karakteristisk for ferromagnetiske materialer, ville ikke eksistere.
Der er rigelig dokumentation for, at nogle atomer eller ioner har en permanent magnetiske moment, der kan være afbilledet som en dipol, der består af en positiv, eller nord, pole adskilt fra en negativ eller syd, pol., I ferromagneter fører den store kobling mellem de atommagnetiske øjeblikke til en vis grad af dipoljustering og dermed til en netmagnetisering.
den franske fysiker Pierre-Ernest .eiss postulerede en storstilet type magnetisk orden for ferromagneter kaldet domænestruktur. Ifølge hans teori består et ferromagnetisk faststof af et stort antal små regioner eller domæner, hvor alle atomare eller ioniske magnetiske øjeblikke er justeret., Hvis den resulterende øjeblikke af disse domæner er tilfældigt orienterede, objekt som en helhed, vil ikke blive vist magnetisme, men et eksternt anvendte magnetisering felt, afhængigt af dens styrke, drej den ene efter den anden af de domæner, være i overensstemmelse med det ydre felt og forårsage justeret domæner til at vokse på bekostning af nonaligned dem. I den begrænsende tilstand kaldet mætning vil hele objektet omfatte et enkelt domæne.
Domænestruktur kan observeres direkte., I en teknik placeres en kolloidal opløsning af små magnetiske partikler, sædvanligvis magnetit, på overfladen af en ferromagnet. Når overfladepoler er til stede, har partiklerne en tendens til at koncentrere sig i visse regioner for at danne et mønster, der let observeres med et optisk mikroskop. Domænemønstre er også blevet observeret med polariseret lys, polariserede neutroner, elektronstråler og røntgenstråler.
i mange ferromagneter er dipolmomenterne justeret parallelt med den stærke kobling., Dette er det magnetiske arrangement, der findes for grundmetallerne jern (Fe), nikkel (Ni) og kobolt (Co) og for deres legeringer med hinanden og med nogle andre elementer. Disse materialer udgør stadig den største gruppe af ferromagneter, der almindeligvis anvendes. De andre elementer, der besidder en collinear bestilling er sjældne jordarters metaller gadolinium (Gd), terbium (Tb), og dysprosium (Dy), men de sidste to bliver ferromagneter kun langt under stuetemperatur. Nogle legeringer, selvom de ikke er sammensat af nogen af de netop nævnte elementer, har alligevel et parallelt momentarrangement., Et eksempel på dette er Heusler-legeringen CuAlMn3, hvor manganatomerne (Mn) har magnetiske øjeblikke, selvom manganmetal i sig selv ikke er ferromagnetisk.
siden 1950, og især siden 1960, er flere ionisk bundne forbindelser blevet opdaget at være ferromagnetiske. Nogle af disse forbindelser er elektriske isolatorer; andre har en konduktivitet af størrelse typisk for halvledere. Sådanne forbindelser indbefatter chalcogenider (forbindelser af O .ygen, svovl, selen eller tellur), halogenider (forbindelser af fluor, chlor, brom eller iod) og deres kombinationer., Ionerne med permanente dipolmomenter i disse materialer er mangan, krom (Cr) og europium (Eu); de andre er diamagnetiske. Ved lave temperaturer har de sjældne jordarters metaller holmium (Ho) og erbium (Er) et ikke-parallelt momentarrangement, der giver anledning til en betydelig spontan magnetisering. Nogle ioniske forbindelser med spinelkrystalstrukturen har også ferromagnetisk bestilling. En anden struktur fører til en spontan magnetisering i thulium (Tm) under 32 kelviner (k).,
over Curie-punktet (også kaldet Curie-temperaturen) forsvinder den spontane magnetisering af det ferromagnetiske materiale, og det bliver paramagnetisk (dvs.det forbliver svagt magnetisk). Dette sker, fordi den termiske energi bliver tilstrækkelig til at overvinde materialets indre justeringskræfter. Curie-temperaturerne for nogle vigtige ferromagneter er: jern, 1,043 K; kobolt, 1,394 K; nikkel, 631 k; og gadolinium, 293 K.