Les matériaux ferromagnétiques sont généralement basés sur l’élément fer et représentent l’un des trois types de magnétisme présents dans la nature, distincts du diamagnétisme et du paramagnétisme. Les principales caractéristiques des ferroaimants sont qu’ils présentent un champ magnétique naturel en l’absence de ce premier imposé à la substance par une source de champ magnétique externe, et le champ est, à toutes fins utiles, permanent. Les matériaux diamagnétiques, en revanche, présentent un champ magnétique induit faible qui est directement opposé à celui présent dans le fer. Les matériaux paramagnétiques comprennent l’aluminium et le platine, qui peuvent être amenés à avoir également un léger champ magnétique, mais perdent rapidement l’effet lorsque le champ inducteur est supprimé.
Le matériau le plus courant dans la nature qui présente des propriétés ferromagnétiques est le fer, et cette qualité est connue depuis plus de 2,000 XNUMX ans. D’autres terres rares peuvent également présenter un ferromagnétisme, comme le gadolinium et le dysprosium. Les métaux qui agissent comme des alliages ferromagnétiques comprennent le cobalt allié au samariam ou au néodyme.
Le champ magnétique dans un ferromagnétique est centré dans des régions atomiques où les spins des électrons sont alignés parallèlement les uns aux autres, appelés domaines. Ces domaines sont fortement magnétiques, mais dispersés de manière aléatoire dans la masse d’un matériau lui-même, ce qui lui confère un magnétisme naturel globalement faible ou neutre. En prenant ces champs naturellement magnétiques et en les exposant à une source magnétique externe, les domaines eux-mêmes s’aligneront et le matériau conservera un champ magnétique uniforme, puissant et durable. Cette augmentation du magnétisme général d’une substance est connue sous le nom de perméabilité relative. La capacité du fer et des terres rares à conserver cet alignement de domaines et le magnétisme général est connue sous le nom d’hystérésis.
Alors qu’un ferromagnétique conserve son champ lorsque le champ magnétique inducteur est supprimé, il n’est conservé qu’à une fraction de la force d’origine au fil du temps. C’est ce qu’on appelle la rémanence. La rémanence est importante dans le calcul de la force des aimants permanents basés sur le ferromagnétisme, où ils sont utilisés dans les appareils industriels et grand public.
Une autre limitation de tous les dispositifs ferromagnétiques est que la propriété du magnétisme est complètement perdue à une certaine plage de température connue sous le nom de température de Curie. Lorsque la température de Curie est dépassée pour un ferro-aimant, ses propriétés basculent vers celles d’un para-aimant. La loi de Curie de la susceptibilité paramagnétique utilise la fonction Langevin pour calculer le changement des propriétés ferromagnétiques à paramagnétiques dans les compositions de matériaux connues. Le passage d’un état à un autre suit une courbe ascendante prévisible de forme parabolique à mesure que la température augmente. Cette tendance du ferromagnétisme à s’affaiblir et finalement à disparaître à mesure que la température augmente est connue sous le nom d’agitation thermique.
Le bourdonnement électrique entendu dans un transformateur sans pièces mobiles est dû à son utilisation d’un ferromagnétique et est connu sous le nom de magnétostriction. Il s’agit d’une réponse du ferromagnétique au champ magnétique induit créé par le courant électrique alimentant le transformateur. Ce champ magnétique induit fait que le champ magnétique naturel de la substance change légèrement de direction pour s’aligner avec le champ appliqué. Il s’agit d’une réponse mécanique du transformateur au courant alternatif (AC), qui alterne généralement en cycles de 60 hertz, ou 60 fois par seconde.
La recherche avancée utilisant les propriétés des ferromagnétiques a plusieurs applications potentielles intéressantes. En astronomie, un liquide ferromagnétique est conçu comme une forme de miroir liquide qui pourrait être plus lisse que les miroirs en verre et créé à une fraction du coût des télescopes et des sondes spatiales. La forme du miroir pourrait également être modifiée en cyclant les actionneurs de champ magnétique à des cycles d’un kilohertz.
Le ferromagnétisme a également été découvert de concert avec la supraconductivité dans des recherches en cours menées en 2011. Un composé de nickel et de bismuth, Bi3Ni, conçu à l’échelle du nanomètre, ou un milliardième de mètre, présente des propriétés différentes de celles du même composé dans des échantillons plus grands. . Les propriétés des matériaux à cette échelle sont uniques, car le ferromagnétisme annule généralement la supraconductivité et ses utilisations potentielles sont toujours à l’étude.
La recherche allemande sur les semi-conducteurs construits sur un ferromagnétique implique le composé gallium manganèse arsenic, GaMnAs. Ce composé est connu pour avoir la température de Curie la plus élevée de tous les semi-conducteurs ferromagnétiques, de 212° Fahrenheit (100° Celsius). De tels composés sont à l’étude comme moyen d’ajuster dynamiquement la conductivité électrique des supraconducteurs.