Ferrimagnetismo
Un material ferrimagnético es un material que tiene poblaciones de átomos con momentos magnéticos opuestos , como en el antiferromagnetismo . Para los materiales ferrimagnéticos, estos momentos son desiguales en magnitud, por lo que permanece una magnetización espontánea . [1] Esto puede ocurrir, por ejemplo, cuando las poblaciones constan de diferentes átomos o iones (como Fe 2+ y Fe 3+ ).
El ferrimagnetismo se ha confundido a menudo con el ferromagnetismo . La sustancia magnética más antigua conocida, la magnetita (Fe 3 O 4 ), se clasificó como ferromagnet antes de que Louis Néel descubriera el ferrimagnetismo en 1948. [2] Desde el descubrimiento, se han encontrado numerosos usos para los materiales ferrimagnéticos, como discos duros y biomédicos . aplicaciones.
Hasta el siglo XX, todas las sustancias magnéticas naturales se llamaban ferromagnetos. En 1936, Louis Néel publicó un artículo proponiendo la existencia de una nueva forma de magnetismo cooperativo que llamó antiferromagnetismo. [3] Mientras trabajaba con Mn 2 Sb, el físico francés Charles Guillaud descubrió que las teorías actuales sobre el magnetismo no eran adecuadas para explicar el comportamiento del material, e hizo un modelo para explicar el comportamiento. [4] En 1948, Néel publicó un artículo sobre un tercer tipo de magnetismo cooperativo, basado en los supuestos del modelo de Guillaud. Lo llamó ferrimagnetismo. En 1970, Néels fue galardonado con el Premio Nobel de Física por su trabajo en magnetismo . [5]
El ferrimagnetismo tiene los mismos orígenes físicos que el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo . En los materiales ferrimagnéticos, la magnetización también es causada por una combinación de interacciones dipolo-dipolo e interacciones de intercambio que resultan del principio de exclusión de Pauli . La principal diferencia es que en los materiales ferrimagnéticos hay diferentes tipos de átomos en la celda unitaria del material . Un ejemplo de esto se puede ver en la figura de la derecha. Aquí, los átomos con un momento magnético más pequeño apuntan en la dirección opuesta a los momentos más grandes. Esta disposición es similar a la presente en materiales antiferromagnéticos, pero en materiales ferrimagnéticos el momento neto es distinto de cero porque los momentos opuestos difieren en magnitud.
Los ferrimagnetos tienen una temperatura crítica por encima de la cual se vuelven paramagnéticos al igual que los ferromagnetos. [6] A esta temperatura (llamada temperatura de Curie ) hay una transición de fase de segundo orden [7] y el sistema ya no puede mantener una magnetización espontánea. Esto se debe a que a temperaturas más altas el movimiento térmico es lo suficientemente fuerte como para exceder la tendencia de los dipolos a alinearse.
Hay varias formas de describir los ferrimagnetos, la más simple de las cuales es con la teoría del campo medio . En la teoría del campo medio, el campo que actúa sobre los átomos se puede escribir como:
