Av David Weedmark Uppdaterad 24 mars 2022
Bildkredit:nemoris/iStock/GettyImages
Magnetism, liksom elektricitet, härrör i slutändan från elektroner - de negativt laddade partiklarna som kretsar kring en atoms kärna. Varje elektron bär på ett litet magnetfält, känt som dess magnetiska moment, som uppstår från dess inneboende spinn och orbitala rörelse. När ett magnetfält appliceras kan dessa moment interagera och anpassas, vilket ger upphov till observerbara magnetiska effekter.
Medan enskilda atomer kan ha magnetiska moment, uppvisar ett material som helhet magnetism endast när ett stort antal av dessa moment samarbetar. Två nyckelvillkor måste uppfyllas:
1. Oparade elektroner:I många metaller parar sig elektroner så att deras magnetiska moment avbryts. Om alla elektroner är parade är den magnetiska nettoeffekten försumbar, ungefär som en rad lokomotiv med hälften mot norr och hälften mot söder. Järn innehåller emellertid ett stort antal oparade d-elektroner, vilket lämnar utrymme för magnetiska interaktioner.
2. Koherent inriktning:Även med oparade elektroner måste materialet tillåta många ögonblick att peka i samma riktning. När ett tillräckligt antal moment ligger parallellt – som en flotta av lok som alla är på väg norrut – kan materialet interagera starkt med ett externt magnetfält. Detta kollektiva beteende är det som definierar ett ferromagnetiskt ämne.
Järn, nickel och kobolt är de klassiska ferromagnetiska elementen, som lätt magnetiseras och attraheras av magneter. Andra material, som mangan, har oparade elektroner men lyckas inte uppnå den nödvändiga samverkansanpassningen, så de förblir icke-magnetiska.
Ferromagnetism är ett välstuderat fenomen inom fysik och materialvetenskap. Forskning publicerad i Journal of Applied Physics och andra peer-reviewed källor bekräftar den väsentliga rollen av elektronspin och utbytesinteraktioner för att skapa makroskopiska magnetiska egenskaper.
