ferromagnetismen

Ferromagnetismus ist eine Form des Magnetismus, bei der die magnetischen Momente der Elektronen in bestimmten Stoffen durch eine starke Austauschwechselwirkung bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch entsteht eine spontane makroskopische Magnetisierung, auch ohne äußeres Magnetfeld. Typische ferromagnetische Stoffe sind Eisen, Kobalt, Nickel sowie verschiedene Legierungen und Selten-Erden-Verbindungen.

Die magnetische Ordnung tritt unterhalb einer charakteristischen Temperatur auf, dem Curie-Temperatur. Unterhalb dieses Wertes bleiben die Spins in einem umfangreichen, domänenhaften Muster parallel ausgerichtet, was zu einer festen Remanenz und einer großen Magnetisierung führt. Oberhalb des Curie-Temperatur zerfällt diese Ordnung, der Stoff wird paramagnetisch und magnetische Effekte schwinden. Die Curie-Temperaturen variieren stark zwischen Materialien; Fe liegt bei etwa 770 °C, Ni bei etwa 627 °C, Co bei etwa 1127 °C.

Mikroskopisch bilden sich in ferromagnetischen Materialien Domänen, in denen benachbarte Spins ähnlich orientiert sind. Die Gesamtmagnetisierung eines unstörenden Stücks hängt davon ab, wie Domänen angeordnet und wandweise verschoben werden. Unter äußerem Magnetfeld richten sich Domänen teilweise aus, und beim Entfernen des Feldes bleibt oft eine Restmagnetisierung (remanente Magnetisierung) erhalten. Das Verhältnis von Feldstärke und Magnetisierung folgt oft einer Hysterese, die charakteristische Schleifen erzeugt.

Theoretisch werden ferromagnetische Phänomene durch Modelsysteme wie das Heisenberg-Modell oder die Weisssche Feldtheorie beschrieben, wobei der Austauschwechselwirkung eine zentrale Rolle zukommt. Anwendungen reichen von dauerhaft magnetischen Bauteilen in Motoren und Generatoren über Transformatoren bis hin zu Datenspeicher-Technologien und starken Permanentmagneten.