SOSTANZE FERROMAGNETICHE

Mentre per i materiali paramagnetici la magnetizzazione dipende dalla presenza di un campo magnetico esterno, nei materiale ferromagnetici possiamo notare una magnetizzazione anche in assenza di un campo magnetico esterno. In questi materiali è presente un agente ordinante dovuto alla forte iterazione fra dipoli elementari vicini che determina l'orientazione dei momenti tutti nella stessa direzione. A basse temperature la magnetizzazione spontanea è indipendente da tale agente; se si aumenta la temperatura la magnetizzazione diminuisce per effetto dell'azione disordinante dell'agitazione termica sui dipoli magnetici elementari. La magnetizzazione spontanea si annulla in corrispondenza della temperatura di Curie Tc, quindi per ottenere una magnetizzazione nel materiale per temperature superiori a Tc bisogna applicare un campo magnetico esterno. Pierre Weiss fornì una teoria per tali materiali. 

Consideriamo un parallelepipedo di materiale ferromagnetico tagliato in maniera tale che un'asse risulti coincidente con una direzione di magnetizzazione. A causa della magnetizzazione spontanea la regione di spazio nelle vicinanze di tale solido sarà sede di un campo magnetico. L'energia del campo magnetico B in tutto lo spazio è data da:

dove H è legato al campo magnetico da B=µ_rµ₀H=µH, con µ_r>>1 e V rappresenta il volume entro cui H B è diverso da zero.

Questo integrale può essere diviso in due termini, uno calcolato nel volume del materiale e l'altro nello spazio restante:

poichè µ_r>>1 il secondo addendo è trascurabile rispetto al primo, così:

Questa energia è tanto maggiore quanto più è esteso il volume dove il campo magnetico assume valori diversi da zero. Se tracciamo la magnetizzazione in due regioni separate, dette domini, possiamo ridurre il valore dell'energia poichè diminuisce il volume dov'è presente il campo magnetico, dove le linee di forza si chiuderanno dai poli nord di un dominio a quelli dell'altro. 

Questo procedimento è vantaggioso rispetto al caso descritto precedentemente poichè include una minore quantità di energia. Possiamo estendere questo procedimento nel caso in cui continueremmo a dividere il volume dov'è presente il campo magnetico. Questo ci dà un'informazione importante, in quanto il materiale ferromagnetico può distribuirsi (per motivi energetici) in regioni, nelle quali la magnetizzazione è omogenea ma diversa da regione a regione. Questa divisione non procede fino al completo disallineamento di tutti i dipoli elementari del materiale, poichè quando aumentano i domini, aumentano altre forme di energia interna che non favoriscono la frammentazione dei domini; si raggiunge un equilibrio poichè i domini magnetici sono minori rispetto ai dipoli elementari. In assenza di un campo magnetico esterno il materiale non manifesta proprietà magnetiche. All'applicazione di questo campo esterno aumenterà il numero di regioni dove la magnetizzazione è orientata nella direzione del campo, a sfavore di quelle in cui è orientato diversamente; in poche parole ci sarà un spostamento delle pareti, chiamate pareti di Bloch che delimitano i domini di magnetizzazione. Inoltre, Neel mostrò che in alcune sostanze, per temperature inferiori ad una certa temperatura critica (temperatura di Neel), metà dei momenti magnetici è orientata in un modo e l'altra metà in verso opposto, quindi la magnetizzazione risultante è nulla (sostanze antiferromagnetiche).