ferromagnetisme, fysisch fenomeen waarbij bepaalde elektrisch niet-geladen materialen Sterk andere aantrekken. Twee materialen in de natuur, lodestone (of magnetiet, een oxide van ijzer, Fe3O4) en ijzer, hebben de mogelijkheid om dergelijke aantrekkelijke krachten te verwerven, en ze worden vaak natuurlijke ferromagnets genoemd. Ze werden meer dan 2000 jaar geleden ontdekt, en alle vroege wetenschappelijke studies van magnetisme werden uitgevoerd op deze materialen. Tegenwoordig worden ferromagnetische materialen gebruikt in een breed scala aan apparaten die essentieel zijn voor het dagelijks leven-bijv.,, elektromotoren en generatoren, transformatoren, telefoons en luidsprekers.
ferromagnetisme is een soort magnetisme dat geassocieerd is met ijzer, kobalt, nikkel en sommige legeringen of verbindingen die een of meer van deze elementen bevatten., Het komt ook voor in gadolinium en een paar andere zeldzame-aarde elementen. In tegenstelling tot andere stoffen, worden ferromagnetische materialen gemakkelijk gemagnetiseerd, en in sterke magnetische velden nadert de magnetisatie een bepaalde limiet genoemd verzadiging. Wanneer een veld wordt toegepast en vervolgens wordt verwijderd, keert de magnetisatie niet terug naar zijn oorspronkelijke waarde—dit fenomeen wordt aangeduid als hysteresis (QV). Bij verhitting tot een bepaalde temperatuur die het Curiepunt wordt genoemd (q.v.,), die voor elke stof verschillend is, verliezen ferromagnetische materialen hun karakteristieke eigenschappen en zijn niet langer magnetisch; bij afkoeling worden ze echter weer ferromagnetisch.
het magnetisme in ferromagnetische materialen wordt veroorzaakt door de uitlijningspatronen van de samenstellende atomen, die fungeren als elementaire elektromagneten. Ferromagnetisme wordt verklaard door het concept dat sommige soorten atomen een magnetisch moment bezitten—dat wil zeggen dat zo ‘ n atoom zelf een elementaire elektromagneet is die wordt geproduceerd door de beweging van elektronen rond zijn kern en door de spin van zijn elektronen op hun eigen Assen., Onder het Curie punt, atomen die zich gedragen als kleine magneten in ferromagnetische materialen spontaan uitlijnen. Ze worden in dezelfde richting georiënteerd, zodat hun magnetische velden elkaar versterken.
een vereiste voor een ferromagnetisch materiaal is dat de atomen of ionen ervan permanente magnetische momenten hebben. Het magnetische moment van een atoom komt van zijn elektronen, omdat de nucleaire bijdrage verwaarloosbaar is. Een andere vereiste voor ferromagnetisme is een soort van interatomische kracht die de magnetische momenten van vele atomen parallel aan elkaar houdt., Zonder een dergelijke kracht zouden de atomen door thermische agitatie worden verstoord, zouden de momenten van naburige atomen elkaar neutraliseren en zou het grote magnetische moment dat kenmerkend is voor ferromagnetische materialen niet bestaan.
Er is voldoende bewijs dat sommige atomen of ionen een permanent magnetisch moment hebben dat kan worden afgebeeld als een dipool bestaande uit een positieve, of Noordpool gescheiden van een negatieve, of Zuidpool., Bij ferromagnets leidt de grote koppeling tussen de atoommagneetmomenten tot een zekere uitlijning van de dipool en dus tot een nettomagnetisatie.de Franse natuurkundige Pierre-Ernest Weiss postuleerde een grootschalig type magnetische orde voor ferromagnets, genaamd domeinstructuur. Volgens zijn theorie bestaat een ferromagnetische vaste stof uit een groot aantal kleine gebieden, of domeinen, waarin alle atomaire of ionische magnetische momenten zijn uitgelijnd., Als de resulterende momenten van deze domeinen willekeurig worden georiënteerd, zal het object als geheel geen magnetisme vertonen, maar een extern toegepast magnetiserend veld zal, afhankelijk van zijn sterkte, de ene na de andere domeinen draaien in uitlijning met het externe veld en ervoor zorgen dat uitgelijnde domeinen groeien ten koste van niet-uitgelijnde domeinen. In de beperkende status die verzadiging wordt genoemd, zal het gehele object uit een enkel domein bestaan.
domeinstructuur kan direct worden waargenomen., In één techniek wordt een colloïdale oplossing van kleine magnetische deeltjes, meestal magnetiet, op het oppervlak van een ferromagnet geplaatst. Wanneer de oppervlaktepolen aanwezig zijn, neigen de deeltjes zich in bepaalde gebieden te concentreren om een patroon te vormen dat gemakkelijk met een optische microscoop wordt waargenomen. Domeinpatronen zijn ook waargenomen met gepolariseerd licht, Gepolariseerde neutronen, elektronenbundels en röntgenstralen.
in veel ferromagnets worden de dipoolmomenten parallel uitgelijnd door de sterke koppeling., Dit is de magnetische opstelling gevonden voor de elementaire metalen ijzer (Fe), nikkel (Ni), en kobalt (Co) en voor hun legeringen met elkaar en met enkele andere elementen. Deze materialen vormen nog steeds de grootste groep ferromagnets die veel worden gebruikt. De andere elementen die een collineaire ordening bezitten zijn de zeldzame aardmetalen gadolinium (Gd), terbium (Tb), en dysprosium (Dy), maar de laatste twee worden ferromagnets alleen ver onder kamertemperatuur. Sommige legeringen, hoewel niet samengesteld uit een van de zojuist genoemde elementen, hebben toch een parallel moment arrangement., Een voorbeeld hiervan is de Heusler legering CuAlMn3, waarin de mangaan (Mn) atomen magnetische momenten hebben, hoewel mangaan metaal zelf niet ferromagnetisch is.
sinds 1950, en vooral sinds 1960, zijn verscheidene ionisch gebonden verbindingen ferromagnetisch gebleken. Sommige van deze verbindingen zijn elektrische isolatoren; andere hebben een geleidbaarheid van grootte typisch voor halfgeleiders. Dergelijke verbindingen omvatten chalcogeniden (verbindingen van zuurstof, zwavel, selenium of tellurium), halogeniden (verbindingen van fluor, chloor, broom of jodium), en hun combinaties., De ionen met permanente dipoolmomenten in deze materialen zijn mangaan, chroom (Cr) en europium (Eu); de andere zijn diamagnetisch. Bij lage temperaturen hebben de zeldzame aardmetalen holmium (Ho) en erbium (Er) een niet-parallelle momentopstelling die aanleiding geeft tot een aanzienlijke spontane magnetisatie. Sommige ionische verbindingen met de spinel kristalstructuur bezitten ook ferromagnetische ordening. Een andere structuur leidt tot een spontane magnetisatie in thulium (Tm) onder 32 Kelvin (K).,
boven het Curiepunt (ook wel de Curietemperatuur genoemd) verdwijnt de spontane magnetisatie van het ferromagnetische materiaal en wordt het paramagnetisch (dat wil zeggen, het blijft zwak magnetisch). Dit gebeurt omdat de thermische energie voldoende wordt om de interne uitlijnkrachten van het materiaal te overwinnen. De Curie-temperaturen voor enkele belangrijke ferromagnets zijn: ijzer, 1.043 K; kobalt, 1.394 K; nikkel, 631 K; en gadolinium, 293 K