ferromagnetiske materialer

Ferromagnetiske materialer fremviser en spontan magnetisering under bestemte forhold, slik som ved tilstrekkelig lave temperaturer.

Ferromagnetiske materialer har en rekke praktiske og teknologiske anvendelser. Fra dagliglivet er kompassnåler og hestesko-/stavmagneter kjente eksempler. 

Over den kritiske temperaturen, Curie-temperaturen (T_c) vil de magnetiske momentene i materialet være vilkårlig fordelt med hensyn til retning slik at de summeres til null (paramagnetisme). Under Curie-temperaturen består et ferromagnetisk materiale som regel av magnetiske domener. Innen hvert av disse er de magnetiske momenter parallelle. Når et ferromagnetisk materiale utsettes for et ytre påtrykt magnetfelt, vil momentene i de ulike domenene rettes inn langs det ytre feltet (se figur), og man sier at materialet magnetiseres.

Viktige materialparametere for ferromagnetiske materialer er:

• Størrelsen av det magnetiske moment, som er et mål på styrken til de magnetiske egenskapene til materialet.
• Curie-temperaturen, som definerer en øvre grense for temperatur hvor ferromagnetisme opptrer i det aktuelle materialet.
• remanens, hvilket beskriver rest-magnetisering for materialet når det ytre magnetfeltet er null.
• koersitivitet, som er et mål på hvor sterkt ytre magnetisk felt som er nødvendig for å demagnetisere ferromagneten.

Ferromagnetisme opptrer ikke i væskefase, men ferromagnetiske «væsker», ferrofluider, kan fremstilles ved dispersjon av finfordelt pulver (10 nm) av f.eks. magnetitt i oljeblandinger.

Ferromagnetiske materialer er oftest krystallinske, uorganiske forbindelser, gjerne metaller, legeringer eller oksider. Noen organiske og noen amorfe ferromagneter er også kjent. Grunnstoffer som fremviser ferromagnetisme inkluderer kobolt (Co), jern (Fe) og nikkel (Ni).

Tidlig praktisk bruk av ferromagnetisme var knyttet til grunnstoffet jern (Fe) og magnetitt (Fe₃O₄₎. Utover på 1900-tallet har forbedrede materialer stadig vunnet innpass. Bruk av ferritt-spineller og relaterte forbindelser er utbredt i telefon-, datamaskin- og mikrobølgeteknologi, i magnetbånd, transformatorkjerner m.m. I 1970-årene ble metalliske faser mellom sjeldne jordartsgrunnstoffer og kobolt utviklet, f.eks. SmCo₅. Disse fremstilles i form av 1 μm pulver, som magnetisk sett opplinjeres og gjøres mest mulig kompakt under påvirkning av et pålagt magnetfelt. Magneter av slikt materiale benyttes i elektroniske armbåndsur, magnetiske membraner og motorer.

I 1980-årene er ytterligere sterkere magneter blitt oppdaget og utviklet. Nåtidens «supermagneter» består f.eks. av det metalliske boridet Nd₂Fe₁₄B. For magnetiske «boble»-dataminner av særlig tynne filmer er fastoppløselighetsfaser av yttriumjerngranat, Y₃Fe₅O₁₂, aktuelle.

Etter oppdagelsen av kjempemagnetoresistanseffekten på slutten av 1980-tallet ble det etter hvert vanlig å bruke magneter som nikkel jern (NiFe) i lesehodet til harddisker i datamaskiner. Albert Fert og Peter Grünberg ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 2007 for deres oppdagelse av kjempemagnetoresistans, som har en kvantemekanisk opprinnelse.

Ferrofluorider har mange tekniske anvendelser, for eksempel i magnetiske pakninger og høyttalere, men også i medisin. For eksempel brukes injisert ferrofluorid til kontroll/stopping av blodstrøm i arterier. Når partikkelstørrelsen er tilstrekkelig liten, fremviser ferromagnetiske materialer ikke lenger typisk oppførsel. Eksempelvis så blir remanensen null. Disse materialene betegnes da superparamagneter. I slik form benyttes jernoksider utfelt i monodisperse plastkuler, Ugelstad-kuler, til moderne kontrastmidler for magnetisk tomografi. I modifisert form brukes magnetiske Ugelstad-kuler i kreftterapi for visse typer blodkreft.

• ferromagnetisme
• ferrimagnetisme
• antiferromagnetisme