Los materiales ferromagnéticos generalmente se basan en el elemento hierro y representan uno de los tres tipos de magnetismo que se encuentran en la naturaleza, distintos del diamagnetismo y el paramagnetismo. Las características principales de los ferroimanes son que exhiben un campo magnético natural en ausencia de que este primero sea impuesto sobre la sustancia por una fuente de campo magnético externo, y el campo es, para todos los efectos, permanente. Los materiales diamagnéticos, por el contrario, muestran un campo magnético inducido débil que es directamente opuesto al presente en el hierro. Los materiales paramagnéticos incluyen metales de aluminio y platino, que pueden inducirse a tener también un ligero campo magnético, pero pierden rápidamente el efecto cuando se elimina el campo inductor.
El material más común en la naturaleza que exhibe propiedades ferromagnéticas es el hierro, y esta cualidad se conoce desde hace más de 2,000 años. Otras tierras raras también pueden exhibir ferromagnetismo, como el gadolinio y el disprosio. Los metales que actúan como aleaciones ferromagnéticas incluyen el cobalto aleado con samariam o neodimio.
El campo magnético en un ferromagnet se centra en regiones atómicas donde los espines de los electrones se alinean en paralelo entre sí, conocidos como dominios. Estos dominios son fuertemente magnéticos, pero están dispersos aleatoriamente por la mayor parte del material en sí, lo que le da un magnetismo natural débil o neutral en general. Al tomar tales campos magnéticos naturales y exponerlos a una fuente magnética externa, los dominios mismos se alinearán y el material retendrá un campo magnético uniforme, fuerte y duradero. Este aumento del magnetismo general de una sustancia se conoce como permeabilidad relativa. La capacidad del hierro y las tierras raras para retener esta alineación de dominios y el magnetismo general se conoce como histéresis.
Mientras que un ferromagnet retiene su campo cuando se elimina el campo magnético inductor, solo se retiene a una fracción de la fuerza original a lo largo del tiempo. Esto se conoce como remanencia. La remanencia es importante para calcular la fuerza de los imanes permanentes basados en el ferromagnetismo, cuando se utilizan en dispositivos industriales y de consumo.
Otra limitación de todos los dispositivos ferromagnéticos es que la propiedad del magnetismo se pierde por completo a un cierto rango de temperatura conocido como temperatura de Curie. Cuando se excede la temperatura de Curie para un ferromaimán, sus propiedades cambian a las de un paramagnet. La ley de Curie de susceptibilidad paramagnética utiliza la función de Langevin para calcular el cambio de propiedades ferromagnéticas a paramagnéticas en composiciones de materiales conocidas. El cambio de un estado a otro sigue una curva de forma parabólica ascendente predecible a medida que aumenta la temperatura. Esta tendencia del ferromagnetismo a debilitarse y eventualmente desaparecer a medida que aumenta la temperatura se conoce como agitación térmica.
El zumbido eléctrico que se escucha en un transformador sin partes móviles se debe a la utilización de un ferromagnético y se conoce como magnetostricción. Esta es una respuesta del ferromagnético al campo magnético inducido creado por la corriente eléctrica alimentada al transformador. Este campo magnético inducido hace que el campo magnético natural de la sustancia cambie ligeramente de dirección para alinearse con el campo aplicado. Es una respuesta mecánica en el transformador a la corriente alterna (CA), que se alterna generalmente en ciclos de 60 hercios, o 60 veces por segundo.
La investigación avanzada que utiliza las propiedades de los ferromagnéticos tiene varias aplicaciones potenciales interesantes. En astronomía, se está diseñando un líquido ferromagnético como una forma de espejo líquido que podría ser más suave que los espejos de vidrio y creado a una fracción del costo de los telescopios y las sondas espaciales. La forma del espejo también podría cambiarse ciclando los actuadores de campo magnético en ciclos de un kilohercio.
El ferromagnetismo también se ha descubierto junto con la superconductividad en una investigación en curso realizada en 2011. Un compuesto de níquel y bismuto, Bi3Ni, diseñado a escala nanométrica, o una mil millonésima parte de un metro, exhibe propiedades diferentes a las del mismo compuesto en muestras más grandes. . Las propiedades de los materiales a esta escala son únicas, ya que el ferromagnetismo generalmente anula la superconductividad y sus usos potenciales aún se están explorando.
La investigación alemana sobre semiconductores construidos sobre un ferromagnético involucra el compuesto de galio manganeso arsénico, GaMnAs. Se sabe que este compuesto tiene la temperatura de Curie más alta de todos los semiconductores ferromagnéticos, de 212 ° Fahrenheit (100 ° Celsius). Estos compuestos se están investigando como un medio para ajustar dinámicamente la conductividad eléctrica de los superconductores.