Makromagnetisierung

Makromagnetisierung bezeichnet die magnetische Momentdichte eines Festkörpers auf makroskopischer Skala, also die Größe M pro Volumen. In der klassischen SI-Beziehung zum magnetischen Fluss B gilt B = μ0(H + M), wobei H das äußere Feld ist. Die Makromagnetisierung ist damit der makroskopische Reaktionsgrad eines Materials auf ein externes Magnetfeld.

Der Ursprung der Makromagnetisierung liegt in der Ausrichtung der atomaren Spins und der Domänenstruktur des Materials. In ferromagnetischen Stoffen existieren Bereiche mit gemeinsamer Orientierung (Domänen), deren Anteile sich unter Einwirkung von Feldern verändern. Auf makroskopischer Ebene ergibt sich M aus dem gewichteten Anteil der Domänen mit einer bestimmten Orientierung; Veränderung erfolgt durch Verschiebung von Domänenwänden oder Drehung der Magnetisierung innerhalb der Domänen.

Verhalten und Modelle: In linearen, isotropen Materialien gilt M = χm H, wobei χm die volumenmagnetische Suszeptibilität ist. Ferromagnete zeigen jedoch Sättigung, Hysterese und Remanenz: Mit zunehmendem H nähert sich M dem Sättigungswert Ms; nach Entfernen des Feldes verbleibt eine Restmagnetisierung (Remanenz). Die Hysterese durchläuft verschiedene Felder, charakterisiert durch Koerzitivfeldstärke Hc. Die Temperaturabhängigkeit führt unterhalb der Curie-Temperatur Tc zum Ferromagnetismus; darüber verschwindet dieser.

Messung und Anwendungen: Die Makromagnetisierung lässt sich mit Magnetometern messen, etwa VSM- oder SQUID-Geräten. Sie bestimmt wesentlich das Verhalten von Materialien in Transformatoren, Speichern, Sensoren und anderen magnetischen Bauelementen.