Was ist Ferromagnetismus?

Ferromagnetismus bezeichnet die Eigenschaft von Materialien, eine starke Magnetisierung durch ein externes Magnetfeld zu erzeugen, die selbst nach Entfernen des Feldes erhalten bleibt. Dies unterscheidet Ferromagnetismus von anderen Formen des Magnetismus wie Paramagnetismus und Diamagnetismus. Bei diesen Formen ist die magnetische Suszeptibilität (das Maß für die Magnetisierbarkeit) viel schwächer und proportional zur Stärke des angelegten Magnetfeldes.

Wichtige Eigenschaften 

• Hystereseschleife: Die Hystereseschleife beschreibt die Beziehung zwischen der Magnetisierung M eines ferromagnetischen Materials und der magnetischen Feldstärke H. Folgende Begriffe sind hier ebenfalls relevant:

  • Anfangssuszeptibilität: beschreibt die Steigung der Magnetisierungskurve im Ursprung.

  • Remanenz: Magnetisierung, die nach dem Entfernen des Magnetfeldes zurückbleibt. 

  • Koerzitivfeldstärke: Magnetfeldstärke, die erforderlich ist, um die Remanenz auf Null zu reduzieren.

  • Sättigungsmagnetisierung: maximale Magnetisierung, die das Material erreichen kann.

• Curie-Temperatur: Oberhalb der Curie-Temperatur Tc verliert ein ferromagnetisches Material seine ferromagnetischen Eigenschaften und wird paramagnetisch. Die Curie-Temperatur ist materialabhängig und liegt z.B. für Eisen bei 774 °C, für Kobalt bei 1131 °C und für Nickel bei 372 °C.

• Weisssche Bezirke: In ferromagnetischen Materialien existieren spontane Magnetisierungen in mikroskopischen Bereichen, den sogenannten Weissschen Bezirken. Diese Bezirke sind magnetisch homogen, aber die Richtung der Magnetisierung variiert von Bezirk zu Bezirk.

• Blochwände: Die Grenzen zwischen den Weissschen Bezirken werden Blochwände genannt. An diesen Wänden erfolgt der Übergang der Magnetisierung von einer Richtung in die andere.

• Barkhausen-Sprünge: Bei der Magnetisierung eines ferromagnetischen Materials können abrupte Umorientierungen von magnetischen Momenten in Barkhausen-Sprüngen auftreten. Diese Sprünge führen zu kleinen, diskreten Änderungen der Magnetisierung.

• Anisotropie: Die Magnetisierbarkeit eines ferromagnetischen Materials kann in Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfeldes variieren. Dies wird als Anisotropie bezeichnet.
  

Ursachen des Ferromagnetismus

Der Ferromagnetismus wird durch die quantenmechanische Eigenschaft des Spins der Elektronen verursacht. Elektronen haben einen intrinsischen magnetischen Moment, der durch ihren Spin bestimmt wird. In ferromagnetischen Materialien sind die Spins der ungepaarten Elektronen in den Atomen parallel ausgerichtet. Dies führt zu einer starken spontanen Magnetisierung des Materials.

Ferromagnetische Materialien 

Eisen, Kobalt und Nickel sind die bekanntesten ferromagnetischen Materialien. Weitere ferromagnetische Materialien sind Gadolinium, Dysprosium und Erbium sowie bestimmte Legierungen.