Co je ferromagnet?
Feromagnetické materiály jsou obvykle založeny na železe prvku a představují jeden ze tří typů magnetismu vyskytujících se v přírodě, odlišných od diamagnetismu a paramagnetismu. Primárními rysy feromagnetů je to, že projevují přirozené magnetické pole, pokud není toto první uloženo na látku vnějším zdrojem magnetického pole, a pole je pro všechny záměry a účely trvalé. Naproti tomu diamagnetické materiály vykazují slabé indukované magnetické pole, které je přímo naproti magnetickému poli přítomnému v železe. Paramagnetické materiály zahrnují hliník a platinové kovy, které mohou být indukovány tak, aby měly také mírné magnetické pole, ale rychle se ztratí účinek, když se indukční pole odstraní.
Nejběžnějším materiálem v přírodě, který vykazuje feromagnetické vlastnosti, je železo a tato kvalita je známa již více než 2 000 let. Jiné vzácné zeminy mohou také vykazovat feromagnetismus, jako je gadolinium a dysprosium. Kovy, které fungují jako feromagnetické slitiny, zahrnují kobalt legovaný se samariamem nebo neodymem.
Magnetické pole ve ferromagnetu je soustředěno v atomových oblastech, kde jsou elektrony točeny paralelně k sobě, známé jako domény. Tyto domény jsou silně magnetické, ale náhodně rozptýlené po celé hmotě samotného materiálu, což mu dává celkově slabý nebo neutrální přirozený magnetismus. Přijetím takových přirozeně magnetických polí a jejich vystavením externímu magnetickému zdroji se samotné domény zarovná a materiál si zachová jednotné, silné a trvalé magnetické pole. Toto zvýšení obecného magnetismu látky je známé jako relativní propustnost. Schopnost železa a vzácných zemin udržet toto zarovnání domén a obecného magnetismu je známá jako hystereze.
Zatímco feromagnet si zachovává své pole, když je indukující magnetické pole odstraněno, je zachováno pouze za zlomek původní síly v průběhu času. Tomu se říká remanence. Remanence je důležitá při výpočtu síly permanentních magnetů založených na feromagnetismu, kde se používají v průmyslových a spotřebitelských zařízeních.
Dalším omezením všech feromagnetických zařízení je to, že vlastnost magnetismu je zcela ztracena v určitém teplotním rozsahu známém jako Curieova teplota. Když je Curieova teplota překročena pro feromagnet, jeho vlastnosti se změní na vlastnost paramagnetu. Curieův zákon paramagnetické susceptibility používá Langevinovu funkci k výpočtu změny feromagnetických na paramagnetické vlastnosti ve známých materiálních složeních. Změna z jednoho stavu do druhého následuje předvídatelnou, rostoucí, parabolicky tvarovanou křivku se zvyšující se teplotou. Tato tendence k feromagnetismu oslabovat a nakonec mizet s rostoucí teplotou je známá jako tepelné míchání.
Elektrický bzukot slyšený v transformátoru bez pohyblivých částí je způsoben jeho využitím feromagnetu a je známý jako magnetostrikce. Toto je reakce feromagnetu na indukované magnetické pole vytvořené elektrickým proudem přiváděným do transformátoru. Toto indukované magnetické pole způsobuje, že přirozené magnetické pole látky mírně mění směr, aby se vyrovnal použitému poli. Je to mechanická odezva v transformátoru na střídavý proud (AC), který se střídá obvykle v 60 hertzových cyklech nebo 60 krát za sekundu.
Pokročilý výzkum využívající feromagnetické vlastnosti má několik zajímavých potenciálních aplikací. V astronomii je feromagnetická kapalina navržena jako forma kapalinového zrcadla, které by mohlo být plynulejší než skleněná zrcadla a vytvořeno za zlomek nákladů na dalekohledy a kosmické sondy. Tvar zrcadla lze také změnit cyklizací ovladačů magnetického pole v jednom kilohertzovém cyklu.
Ferromagnetismus byl také objeven ve shodě se supravodivostí v probíhajícím výzkumu prováděném v roce 2011. Sloučenina niklu a bizmutu, Bi 3 Ni, zkonstruovaná v nanometrovém měřítku, nebo jedna miliardtina metru, vykazuje jiné vlastnosti, než vlastnosti stejné sloučeniny v větší vzorky. Vlastnosti materiálu v tomto měřítku jsou jedinečné, protože ferromagnetismus obvykle ruší supravodivost a jeho potenciální použití se stále zkoumá.
Německý výzkum polovodičů postavených na ferromagnetu zahrnuje složený arzenik gallia mangan, GaMnAs. Je známo, že tato sloučenina má nejvyšší Curieovu teplotu jakéhokoli feromagnetického polovodiče 212 ° Fahrenheita (100 ° C). Tyto sloučeniny jsou zkoumány jako prostředek dynamického vyladění elektrické vodivosti supravodičů.