Magnetismo

El magnetismo es inseparable de la carga eléctrica, se su movimiento de traslación y de su momento angular. Los campos magnéticos se pueden generar en alambres que conducen carga, a través de los cuales pasa la carga eléctrica (electrones normalmente) Los campos magnéticos también se encuentran en la vecindad de materiales magnéticos con una magnetización alta, como son los magnetos permanentes.Hay varios métodos por los cuales se pueden generar campos magnéticos, desde generarlos con circuitos eléctricos y magnetos permanentes hasta el uso de magnetos superconductores híbridos, magnetos Bitter, y campos magnéticos pulsados, necesarios para lograr campos magnéticos muy grandes. A grandes rasgos, se pueden generar campos de alrededor de 2 T (20 kOe) y 10 T (100 kOe) en laboratorios yusando magnetos superconductores, respectivamente.
Todos los átomos constituyentes de la materia responden a un campo magnético externo, al menos de manera muy débil debido al diamagnetismo. La dirección de la débil magnetización diamagnética inducida es opuesta a la del campo magnético externo. Sin embargo, virtualmente todos los materiales magnéticos de importancia tecnológica o científica sonlos que tienen momento atómico grande, que responde fuertemente a un campo magnético externo. El momento magnético atómico son el resultado de orbitales y el momento angular de espín de los electrones en niveles parcialmente llenos. Estos momentos magnéticos atómicos, con una magnitud del orden de magnetones de Bohr (B), son mucho mayores a los inducidos por el diamagnetismo. La mayoría de loselementos en la tabla periódica no tienen momento magnético atómico, exceptuando algunos de los metales de transición con orbitales 3d (como el Ni, Fe, Co y el Mn) y tierras raras con orbitales 4f (Gd, Nd, etc.), que son los mayores constituyentes de los materiales magnéticos.
El momento magnético atómico puede interactuar con otros a través de las interacciones de intercambio de la mecánica cuántica.A altas temperaturas, los momentos magnéticos no están ordenados y el material se encuentra en el estado paramagnético. Sin embrago, ha suficientemente bajas temperaturas, los momentos atómicos se pueden ordenar espontáneamente. Los materiales en los cuales los momentos magnéticos se alinean paralelamente unos con los otros son ferromagnéticos, como son los imanes y otros magnetos permanentes.Los materiales que exhiben una estructura de espín no alineada (como son los antiferromagnetos y varias otros tipos de estructuras de espín) no son tecnológicamente muy útiles pero son científicamente fascinantes. Cada tipo de orden magnético tiene un parámetro de orden único, como la magnetización para los ferromagnetos y la magnetización de la subred para los atiferromagnetos. Varios métodos demagnetometría se pueden utilizar para medir la magnetización de los materiales y los momentos magnéticos atómicos. La difracción de neutrones es una técnica particularmente valiosa para medir la estructura de espín del orden magnético, particularmente para antiferromagnetos y otros órdenes magnéticos más complicados, como se describe en las Técnicas de Neutrones.
La mayoría de las personasreconoce que el hierro puede ser fácilmente atraído por un magneto permanente, pero el hierro como tal no puede atraer a otra pieza de hierro. Esto es porque en el hierro hay dominios magnéticos, un fenómeno común en ferromagnetos. Al aplicar un campo magnético suficientemente grande se puede hacer un material ferromagnético con un solo dominio, donde todos los momentos están alineados en una soladirección. En cada dominio, se tienen todos los momentos alineados con una magnetización única, pero todos los ejes de magnetización de los diferentes dominios no están alineados. Los dominios magnéticos, tan pequeños como unos poco nanómetros, tienen patrones y formas fascinantes. Se han desarrollado muchas técnicas para generar imágenes de estos dominios.
Los electrones tienen tanto carga como...