Magnetisoituminen

Magnetisoituminen on ilmiö, jossa aine saa magneettisen momentin tai sen magneettinen momentti vahvistuu. Tämä johtuu elektronien magneettisten momenttien, erityisesti spinin, suuntautumisesta ja niiden vuorovaikutuksista toistensa kanssa.

Materiaaleissa esiintyy erilaista magneettista järjestäytymistä. Ferromagneettisessa aineessa dipolimomentit voivat asettua pitkäaikaisesti samaan suuntaan, ja aine voi näyttää pysyvän magneettiselta ilman ulkoista kenttää. Antiferromagneettisissa aineissa dipolimomentit asettuvat vastakkaisiin suuntiin, jolloin kokonaismagnetisointi on lähellä nollaa. Ferrimagnetismissä alijärjestelmien momentit eivät kumoudu täydellisesti, joten nettomentti voi olla pienempi mutta ei nolla. Pienemmät vastakkaiset järjestymät, kuten paramagnetismi ja diamagnetismi, reagoivat vain ulkoiseen kenttään hetkellisesti ja heikosti.

Magnetisoitumisen mekanismi liittyy kvanttimekaniikan perusvuorovaikutuksiin, erityisesti exchange-interaktioon. Alueellisia pienempiä alueita, domainit, magnetisoituneet momentit voivat suuntautua eri tavoin. Ulkoinen magneettikenttä saa domainit kasvamaan koossapitoon sekä domain-wall-liikkeeseen, jolloin makromagnetisoituminen kasvaa ja lopulta saavuttaa kyllästymispisteen. Hysteresis- eli kimmoisuusvaikutus viivastaa M-kenttäkäyrää: magnetisoituminen riippuu aikaisemmasta kentän historiasta, ja tärkeiksi mittasuhteiksi nousevat coercivity (koe-kentän arvo) sekä remanentti magnetisaatio.

Lämpötilalla on merkittävä vaikutus: ferromagneettiset aineet menettävät pitkäaikaisen magnetisoitumisensa yli Curie-lämpötilan; antiferromagneettiset järjestelmät menettävät Neel-lämpötilassaan järjestyksensä. Käytännön sovelluksia ovat magneettinen tallennus (tietokoneiden tallennusmediat), kestävät magnetit (esim. Nd-Fe-B), sekä sähkö- ja elektroniikkalaitteiden magneettiset komponentit sekä MRI-laitteiden magnetit.