Hva er en ferromagnet?
Ferromagnetiske materialer er vanligvis basert på elementet jern og representerer en av de tre typene magnetisme som finnes i naturen, forskjellig fra diamagnetisme og paramagnetisme. Ferromagnets primære trekk er at de utviser et naturlig magnetfelt i fravær av at dette først blir påført stoffet av en ekstern magnetfeltkilde, og feltet er, for all hensikt, permanent. Diamagnetiske materialer viser derimot et svakt, indusert magnetfelt som er direkte motsatt av det som er til stede i jern. Paramagnetiske materialer inkluderer aluminium og platina metaller, som også kan induseres til å ha et svakt magnetfelt, men raskt mister effekten når det induserende feltet fjernes.
Det vanligste materialet i naturen som viser ferromagnetiske egenskaper, er jern, og denne kvaliteten har vært kjent i over 2000 år. Andre sjeldne jordarter kan også utvise ferromagnetisme, for eksempel gadolinium og dysprosium. Metaller som fungerer som ferromagnetiske legeringer inkluderer kobolt legert med samariam eller neodym.
Magnetfeltet i en ferromagnet er sentrert i atomregioner der elektronspinn er rettet parallelt med hverandre, kjent som domener. Disse domenene er sterkt magnetiske, men allikevel tilfeldig spredt over hoveddelen av et materiale i seg selv, noe som gir det en samlet svak eller nøytral naturlig magnetisme. Ved å ta slike naturlig magnetiske felt og eksponere dem for en ekstern magnetisk kilde, vil domene selv samkjøre og materialet vil beholde et ensartet, sterkt og varig magnetfelt. Denne økningen i den generelle magnetismen til et stoff er kjent som relativ permeabilitet. Evnen til jern og sjeldne jordarter til å beholde denne tilpasningen av domener og generell magnetisme er kjent som hysterese.
Mens en ferromagnet beholder sitt felt når det induserende magnetfeltet fjernes, blir det bare beholdt på en brøkdel av den opprinnelige styrken over tid. Dette er kjent som remanence. Rest er viktig for å beregne styrken til permanente magneter basert på ferromagnetisme, der de brukes i industrielle og forbrukerenheter.
En annen begrensning av alle ferromagnet-enheter er at egenskapen til magnetisme går helt tapt i et visst temperaturområde kjent som Curie-temperaturen. Når Curie-temperaturen overskrides for en ferromagnet, bytter egenskapene den til en paramagnet. Curie-loven om paramagnetisk mottakelighet bruker Langevin-funksjonen for å beregne endringen i ferromagnetiske til paramagnetiske egenskaper i kjente materialkomposisjoner. Endringen fra en tilstand til en annen følger en forutsigbar, stigende, parabolformet kurve når temperaturen øker. Denne tendensen til at ferromagnetisme svekkes og til slutt forsvinner når temperaturen øker, er kjent som termisk omrøring.
Den elektriske brummen som høres i en transformator uten bevegelige deler skyldes bruken av en ferromagnet, og er kjent som magnetostriksjon. Dette er et svar fra ferromagneten på det induserte magnetfeltet som er skapt av elektrisk strøm tilført transformatoren. Dette induserte magnetfeltet får stoffets naturlige magnetfelt til å endre retning litt for å stemme overens med det påførte feltet. Det er en mekanisk respons i transformatoren på vekselstrøm (AC), som vanligvis veksler i 60 hertz-sykluser, eller 60 ganger per sekund.
Avansert forskning med ferromagnetegenskaper har flere spennende potensielle bruksområder. I astronomi blir en ferromagnetisk væske designet som en form for flytende speil som kan være glattere enn glassspeil og opprettet til en brøkdel av prisen for teleskoper og romprober. Speilformen kan også endres ved å sykle magnetfeltaktuatorer ved en kilohertz syklus.
Ferromagnetisme er også blitt oppdaget i samsvar med supraledningsevne i pågående forskning utført i 2011. En nikkel- og vismutforbindelse, Bi 3 Ni, konstruert i nanometerskala, eller en milliarddel meter, viser egenskaper som er forskjellige fra den for den samme forbindelsen i større prøver. Materialegenskaper i denne skalaen er unike, da ferromagnetisme vanligvis avbryter superledningsevne, og dens potensielle bruksområder blir fortsatt undersøkt.
Tysk forskning på halvledere bygget på en ferromagnet involverer den sammensatte gallium-manganarsen, GaMnAs. Denne forbindelsen er kjent for å ha den høyeste Curie-temperaturen for en hvilken som helst ferromagnet halvleder, på 212 ° Fahrenheit (100 ° Celsius). Slike forbindelser blir undersøkt som et middel til dynamisk innstilling av den elektriske ledningsevnen til superledere.