Hvad er en ferromagnet?
Ferromagnetiske materialer er normalt baseret på elementet jern og repræsenterer en af de tre typer magnetisme, der findes i naturen, adskilt fra diamagnetisme og paramagnetisme. De primære træk ved ferromagneter er, at de udviser et naturligt magnetfelt i fravær af, at dette først pålægges stoffet af en ekstern magnetfeltkilde, og feltet er til alle formål permanent. Diamagnetiske materialer viser derimod et svagt, induceret magnetfelt, der er direkte modsat det, der findes i jern. Paramagnetiske materialer inkluderer aluminium og platinmetaller, som også kan induceres til at have et let magnetfelt, men hurtigt mister effekten, når det inducerende felt fjernes.
Det mest almindelige materiale i naturen, der udviser ferromagnetiske egenskaber, er jern, og denne kvalitet er kendt i over 2.000 år. Andre sjældne jordarter kan også udvise ferromagnetisme, såsom gadolinium og dysprosium. Metaller, der fungerer som ferromagnetiske legeringer, inkluderer kobolt legeret med samariam eller neodym.
Magnetfeltet i en ferromagnet er centreret i atomregioner, hvor elektronspins er rettet parallelt med hinanden, kendt som domæner. Disse domæner er stærkt magnetiske, men alligevel tilfældigt spredt over hovedparten af et materiale selv, hvilket giver det en samlet svag eller neutral naturlig magnetisme. Ved at tage sådanne naturligt magnetiske felter og udsætte dem for en ekstern magnetisk kilde, vil domænerne selv justeres, og materialet bevarer et ensartet, stærkt og vedvarende magnetfelt. Denne stigning i den generelle magnetisme af et stof er kendt som relativ permeabilitet. Jerns og sjældne jordarts evne til at bevare denne tilpasning af domæner og generel magnetisme er kendt som hysterese.
Mens en ferromagnet beholder sit felt, når det inducerende magnetiske felt fjernes, fastholdes det kun på en brøkdel af den oprindelige styrke over tid. Dette er kendt som remanence. Rest er vigtig ved beregning af styrken af permanente magneter baseret på ferromagnetisme, hvor de bruges i industrielle og forbrugere.
En anden begrænsning af alle ferromagnetindretninger er, at egenskaben ved magnetisme går helt tabt i et bestemt temperaturområde kendt som Curie-temperaturen. Når Curie-temperaturen overskrides for en ferromagnet, skifter dens egenskaber til parameterværdien. Curie-loven om paramagnetisk følsomhed bruger Langevin-funktionen til at beregne ændringen i ferromagnetiske til paramagnetiske egenskaber i kendte materialesammensætninger. Ændringen fra en tilstand til en anden følger en forudsigelig, stigende, parabolformet kurve, når temperaturen stiger. Denne tendens til at ferromagnetisme svækkes og til sidst forsvinder, når temperaturen stiger, er kendt som termisk omrøring.
Den elektriske brumme, der høres i en transformer uden bevægelige dele, skyldes dens anvendelse af en ferromagnet og er kendt som magnetostriktion. Dette er et svar fra ferromagneten på det inducerede magnetiske felt, der er skabt af elektrisk strøm, der tilføres transformeren. Dette inducerede magnetfelt får stoffets naturlige magnetfelt til at ændre retning lidt for at justere med det påførte felt. Det er en mekanisk reaktion i transformeren på vekselstrøm (AC), som normalt skifter i 60 hertz-cyklusser eller 60 gange i sekundet.
Avanceret forskning med ferromagnetegenskaber har flere spændende potentielle anvendelser. I astronomi designes en ferromagnetisk væske som en form for flydende spejl, der kunne være glattere end glasspejle og skabt til en brøkdel af prisen for teleskoper og rumføler. Spejlformen kunne også ændres ved at cykle magnetfeltaktuatorer ved en kilohertz cyklus.
Ferromagnetisme er også blevet opdaget i samspil med superledningsevne i løbende forskning, der blev udført i 2011. En nikkel- og vismutforbindelse, Bi 3 Ni, konstrueret i nanometerskala eller en milliardedel af en meter, udviser egenskaber, der er forskellige fra den for den samme forbindelse i større prøver. Materielle egenskaber i denne skala er unikke, da ferromagnetisme normalt afskaffer superledningsevne, og dens potentielle anvendelser undersøges stadig.
Tysk forskning i halvledere bygget på en ferromagnet involverer den sammensatte galliummanganarsen, GaMnAs. Denne forbindelse er kendt for at have den højeste Curie-temperatur for enhver ferromagnet halvleder på 212 ° Fahrenheit (100 ° Celsius). Sådanne forbindelser undersøges som et middel til dynamisk indstilling af den elektriske ledningsevne for superledere.