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ferromagnetisch

Die Elemente Eisen, Nickel, Kobalt und Dysprosium, Holmium, Erbium, Terbium, Gadolinium sowie einige Verbindungen und Legierungen sind bei Raumtemperatur ferromagnetische Stoffe.
Kristalle dieser Stoffe, teilweise auch deren Gläser, zeigen bei einer Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur eine permanente Magnetisierung. Die Materialien durchlaufen somit einen Phasenübergang aus der paramagnetischen Hochtemperaturphase in die ferromagnetische Tieftemperaturphase. Die Gitteränderungen werden typischerweise mittels Neutronenbeugung bestimmt. Das Neutron hat, im Gegensatz zur Röntgenstrahlung, ein magnetisches Moment. Das wechselwirkt mit dem enstandenen magnetischen Moment in der Elementarzelle.

Der Ferromagntismus ist im Gegensatz zum Dia- und Paramagnetismus eine Erscheinung des Festkörpers. Die Elektronenspins sind nicht zufällig wie beim Paramagnetismus verteilt, sondern orientieren sich über eine gegenseitige Wechselwirkung über weite Bereiche. Die notwendige Mindestgröße zur Ausbildung des Ferromagnetismus liegt scheinbar bei einigen hundert Atomen, kleinere Cluster erlauben keine Spinausrichtung.

Diese komplizierte Wechselwirkung der Elektronen tritt bei Elementen und insbesondere bei Verbindungen nicht häufig auf. Es müssen kritische Bedingungen für die beteiligten Elemente, deren Anordnung und Abstände erfüllt werden. Ferromagnetismus tritt nur in wenigen Kristallsystemen auf. Das Paradebeispiel ist der Magnetit mit einer Spinellstruktur, ebenfalls wird bei einigen synthetischen Granaten Ferromagnetismus beobachtet.

In den ferromagnetischen Stoffen sind die Elektronenspins einiger Orbitale innerhalb der Weißschen Bezirke - bei Granatschichten auch Domänen genannt - gleich ausgerichtet. Somit ist die Magnetisierung auch innerhalb dieses Bereiches einheitlich orientiert. Die Blochschen Wände zwischen den Bereichen können durch äußere Magnetfelder verschoben werden oder die Orientierung der Weißschen Bezirke können entsprechend dem aüßeren Magnetfeld umklappen. In beiden Fällen zeigt die Magnetisierung der Probe einen Anstieg.

Ziel der Forschung ist es kleine starke Magneten herzustellen. Dazu werden spezielle Moleküle hergestellt bei denen mehrere Elektronenspinns die gleiche Richtung aufweisen.

(Paramagnetismus) (Diamagnetismus)


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Einordnung