FERROMAGNETISMUS

Ferromagnetịsmus,

 

bereits im Altertum bekannte Erscheinungsform des Magnetismus, die sich in einer spontanen Magnetisierung bestimmter Feststoffe (Ferromagnetika) äußert. Zu ihnen gehören die Elemente Eisen, Nickel, Kobalt und einige Lanthanoide, verschiedene anorganisch-chemische Verbindungen wie z. B. Chrom(IV)-oxid sowie zahlreiche Legierungen, deren Komponenten zum Teil oder alle (z. B. die Heusler-Legierungen) nicht ferromagnetisch sind. Im Magnetfeld haben sie eine um Zehnerpotenzen größere Magnetisierung als para- oder diamagnetische Stoffe.Diese nimmt mit zunehmender Temperatur ab und verschwindet bei einer für den Stoff kennzeichnenden Temperatur, der Curie-Temperatur, oberhalb der dann die Substanz nur noch paramagnetisch ist. Die Magnetisierung wächst nicht proportional zum erregenden magnetischen Feld, sondern hängt von der Vorgeschichte ab (Hysterese); sie erreicht einen Sättigungswert. Beim Abschalten des Feldes bleibt eine Restmagnetisierung, die Remanenz. Ein magnetisierter Körper kann durch ein geeignetes magnetisches Gegenfeld, die Koerzitivkraft, entmagnetisiert werden. Ferromagnetische Stoffe können nach außen unmagnetisch wirken, da sich in ihnen viele homogen magnetisierte, durch Bloch-Wände getrennte Bereiche, die etwa 10^-8 cm³ großen Weiss-Bezirke, bilden, deren Magnetisierung sich gegenseitig aufheben kann.

 

Der Ferromagnetismus, der nur im kristallinen Zustand der Materie auftritt, wird durch die magnetischen Momente der Elektronenspins verursacht. Diese sind so aneinander gekoppelt, dass sie dazu tendieren, sich sämtlich parallel zueinander auszurichten, wobei sich ihre magnetischen Momente addieren. Diese Ordnung ist am absoluten Nullpunkt der Temperaturskala vollständig; sie wird mit wachsender Temperatur durch die Wärmebewegung zunehmend gestört und bricht bei der Curie-Temperatur zusammen. Demzufolge verlieren Ferromagnetika bei dieser Temperatur ihre spontane Magnetisierung und zeigen nur noch Paramagnetismus. Da auch Ferrimagnetika (Ferrimagnetismus) eine spontane Magnetisierung besitzen, muss eine genaue Definition des Ferromagnetismus von der Ordnung der Spins bei tiefen Temperaturen (d. h. von der jeweiligen Spinstruktur) ausgehen, in der sich die Art der Spinkopplung spiegelt. Diese Kopplung muss, um ferromagnetische Ordnung zu erzeugen, die Parallelstellung aller Spins begünstigen, was nur bei wenigen Stoffen, eben den Ferromagnetika, zutrifft.