Ferromagnetismo
3.1
3.2
3.3
Orden ferromagnético.
Orden ferrimagnético
Orden antiferromagnético.
________________________
Los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos presentan un momento dipolar
magnético espontaneo en ausencia de campo magnético aplicado observándose este
fenómeno solo por debajo de una temperatura dada. Su comportamiento es, por ello,
distinto alde los materiales paramagnéticos, cuyos dipolos elementales han de ser
orientados por una campo magnético para exhibir momento magnético.
Los fenómenos que se tratarán en este capítulo son debidos a interacciones de
naturaleza cuántica entre iones magnéticos. Estas interacciones son lo suficientemente
fuertes como para producir el alineamiento mutuo de los momentos magnéticos. La
interacciónalineadora entre iones magnéticos sólo será importante si es grande
comparada con los mecanismos que pueden alterar la ordenación, especialmente la
energía térmica vibracional que naturalmente tenderá a desordenar el material. Los
tipos de ordenaciones de spins electrónicos que dan lugar a un momento magnético
espontáneo (excepto en el caso del antiferromagnético simple) son los siguientesFerromagnetismo
sencillo
Antiferromagnetismo
Antiferromagnetismo
sencillo
Disposición helicoidal
de spin
3-1
Ferrimagnetismo
Banda de energía
ferromagnética
3.1 Orden ferromagnético
3.1.1 Observaciones experimentales
Las principales observaciones experimentales asociadas a los materiales
ferromagnéticos son las siguientes:
a) En los materiales ferromagnéticos se observa una imanación espontaneaMs
en ausencia de campo magnético externo.
b) La imanación espontanea varía con la temperatura alcanzando un máximo
para T=0 K y presentando una disminución continua al aumentar la temperatura hasta
caer a 0 para una temperatura Tc denominada temperatura de Curie ferromagnética.
c) Para T>Tc el material experimenta una transición de fase ferromagnéticaparamagnética con una susceptibilidad en lafase paramagnética dada por la relación
χ=
C
(T − Tc )
modificación de la ley de Curie para materiales paramagnéticos en la cual χ no está
definida para T
dirección a lo largo de todo su volumen sino que presenta regiones más pequeñas de
imanación de dirección uniformellamadas dominios magnéticos con orientación al
azar unas respecto a otras.
e) Los únicos elementos ferromagnéticos son: hierro (Fe), cobalto (Co), Niquel
(Ni), gadolinio (Gd) y disprosio (Dy).
3.1.2 Aproximación del campo medio
Consideramos un material paramagnético con N
iones de spin S donde
aceptamos el siguiente postulado: para que un material sea ferromagnético, es decir,
presente unmomento dipolar magnético en ausencia de campo, ha de existir una
interacción interna que tienda a alinear paralelamente los momentos magnéticos. Esta
interacción se denomina campo de canje BE o campo de Weiss (el subíndice E
procede del inglés exchange). El movimiento térmico es contrario a la tendencia
alineadora del campo de canje y por ello a temperaturas elevadas se destruye el
ordenamiento delos spins
r y desaparece el ferromagnetismo.
r
Asumimos que B E es proporcional a la imanación M en equilibrio térmico a la
r
temperatura T . Si hay dominios magnéticos, fenómeno posteriormente analizado, M
3-2
se refiere a la imanación dentro de un dominio. En la aproximación del campo
r
medio se considera que cada átomo magnético está sometido a un campo B E
proporcional a la imanación
rr
B E = λM
[3.1]
con λ constante independiente de T.
Es decir, se asume que
r cada átomo siente la imanación media de los otros
spins en forma de un campo B E ; veremos como en realidad sólo interacciona con sus
vecinos próximos, pero se trata de una simplificación conveniente para una 1ª
aproximación. La temperatura de Curie Tc es la temperatura por encima de la cual
desaparece la imanación...
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