Ferromagnetisme, fysisk fenomen i visse elektrisk ladet materiale sterkt tiltrekke seg andre. To materialer som finnes i naturen, lodestone (eller magnetitt, en oksid av jern, Fe3O4) og jern, har evnen til å tilegne seg slike attraktive krefter, og de er ofte kalt naturlig ferromagnets. De ble oppdaget for mer enn 2000 år siden, og alle tidlige vitenskapelige studier av magnetisme ble utført på disse materialene. I dag, ferromagnetiske materialer er brukt i et bredt utvalg av enheter som er avgjørende for hverdagen—f.eks.,, elektriske motorer og generatorer, transformatorer, telefoner, høyttalere.
– >
Ferromagnetisme er en slags magnetisme som er forbundet med jern, kobolt, nikkel, og noen legeringer eller forbindelser som inneholder ett eller flere av disse elementene., Det oppstår også i gadolinium og noen andre rare-earth elements. I motsetning til andre stoffer, ferromagnetiske materialer er magnetisert lett, og i sterke magnetiske felt magnetisering nærmer seg en bestemt grense som kalles metning. Når et felt er brukt, og deretter fjernet, magnetisering ikke tilbake til sin opprinnelige verdi—dette fenomenet kalles hysterese (q.v.). Når den varmes opp til en viss temperatur kalt Curie-punktet (q.v.,), som er forskjellige for hvert enkelt stoff, ferromagnetiske materialer miste sin karakteristiske egenskaper, og opphøre å være magnetisk, men de blir ferromagnetisk igjen på kjøling.
magnetisme i ferromagnetiske materialer er forårsaket av justeringen mønstre av sine bestanddeler atomer, som fungerer som en elementær electromagnets. Ferromagnetisme er forklart av konseptet at noen arter av atomer har en magnetisk moment—som er, slik at et atom i seg selv er en elementær elektromagnet produsert av bevegelse av elektroner om sine opplevelser, og ved å spinne sine elektroner på sin egen akse., Under Curie-punktet, atomer som oppfører seg som små magneter i ferromagnetiske materialer spontant stiller seg. De blir orientert i samme retning, slik at deres magnetiske felt forsterke hverandre.
Et krav av en ferromagnetisk materiale er at atomer eller ioner har permanent magnetiske momenter. Den magnetiske moment av et atom kommer fra sine elektroner, siden den kjernefysiske bidrag er ubetydelig. En annen forutsetning for ferromagnetisme er noen form for interatomic kraft som holder den magnetiske momenter av mange atomer parallelt i forhold til hverandre., Uten en slik styrke atomene ville bli forstyrret av termisk agitasjon, øyeblikkene av eus atomer ville nøytralisere hverandre, og stort magnetisk moment karakteristisk for ferromagnetiske materialer ikke ville eksistere.
Det er rikelig med bevis på at noen atomer eller ioner har en permanent magnetisk moment som kan være avbildet som en dipol som består av en positiv, eller nord, pol atskilt fra et negativ, eller sør, stang., I ferromagnets, den store kopling mellom atom-magnetiske momenter fører til en viss grad av dipol-justering og dermed til en netto magnetisering.
Den franske fysikeren Pierre-Ernest Weiss postulerte en stor-skala type magnetiske for ferromagnets kalt domenet struktur. Ifølge hans teori, en ferromagnetisk solid består av et stort antall små områder, eller domener i hver av dem alle atomic eller ionisk magnetiske momenter er justert., Hvis den resulterende øyeblikk av disse domenene er tilfeldig orientert, målet som helhet vil ikke vises magnetisme, men et eksternt påførte magnetizing feltet vil, avhengig av sin styrke, rotere en etter en av domener på linje med de eksterne feltet og føre justert domener til å vokse på bekostning av nonaligned seg. I den begrensende tilstand som kalles metning, hele objektet vil bestå av en enkelt domene.
Domene struktur kan observeres direkte., I en teknikk, en kolloidal løsning for små magnetiske partikler, vanligvis magnetitt, er plassert på overflaten av en ferromagnet. Når overflaten polakkene er til stede, partikler har en tendens til å konsentrere seg i bestemte regioner for å danne et mønster som er lett observert med et optisk mikroskop. Domenet mønstre har også blitt observert med polarisert lys, polarisert nøytroner, elektroner bjelker, og X-stråler.
I mange ferromagnets den dipol-øyeblikkene er justert parallelt med den sterke koplingen., Dette er den magnetiske arrangement funnet for elemental metaller jern (Fe), nikkel (Ni) og kobolt (Co) og for deres legeringer med hverandre og med noen andre elementer. Disse materialene utgjør fortsatt den største gruppen av ferromagnets brukte. De andre elementene som er i besittelse av en likhet kollineære bestilling er sjeldne jordmetaller gadolinium (Gd), terbium (Tb), og dysprosium (Dy), men de to siste blir ferromagnets bare godt under romtemperatur. Noen legeringer, selv om det ikke består av noen av elementene som nettopp nevnt, likevel har en parallell øyeblikk arrangement., Et eksempel på dette er Heusler legering CuAlMn3, som mangan (Mn) atomene har magnetic øyeblikk, men mangan-av metall i seg selv er ikke ferromagnetisk.
Siden 1950, og særlig siden 1960, flere ionically bundet forbindelser har blitt oppdaget å bli ferromagnetisk. Noen av disse forbindelsene er elektriske isolatorer, mens andre har en varmeledningsevne på størrelse typisk for halvledere. Slike forbindelser inkluderer chalcogenides (forbindelser av oksygen, svovel, selen, eller tellurium), halides (forbindelser av fluor, klor, brom eller jod), og deres kombinasjoner., Ionene med permanent dipol øyeblikk i disse materialene er mangan, krom (Cr), og europium (Eu), den andre er diamagnetiske. Ved lave temperaturer, sjeldne jordmetaller holmium (Ho) og erbium (Er) har en nonparallel øyeblikk ordning som gir opphav til en betydelig spontan magnetisering. Noen ioniske forbindelser med spinell krystallstruktur også ha ferromagnetisk bestilling. En annen struktur fører til en spontan magnetisering i thulium (Tm) under 32 kelvins (K).,
Over Curie-punktet (også kalt Curie temperatur), den spontane magnetisering av ferromagnetisk materiale forsvinner og det blir paramagnetiske (dvs., er det fortsatt svakt magnetisk). Dette skjer fordi den termiske energien blir tilstrekkelig til å overvinne den interne justere styrken i materialet. Den Curie-temperaturen for noen viktige ferromagnets er: strykejern, 1,043 K; kobolt, 1,394 K; nikkel, 631 K; og gadolinium, 293 K.