O que é o ferromagnetismo?
O ferromagnetismo é o mecanismo básico pelo qual certos materiais, como o ferro, formam ímãs permanentes ou são atraídos por eles. Na física, vários tipos diferentes de magnetismo são distinguidos. O ferromagnetismo (incluindo o ferrimagnetismo) é o tipo mais forte e é responsável por fenômenos magnéticos comuns na vida cotidiana. Outras substâncias respondem fracamente a campos magnéticos com os outros dois tipos de magnetismo (paramagnetismo e diamagnetismo), mas essas forças são tão fracas que só podem ser detectadas por instrumentos sensíveis em laboratório. Um exemplo comum de ferromagnetismo são os ímãs de geladeira usados para colocar notas nas portas da geladeira.
Os materiais ferromagnéticos têm um momento magnético espontâneo – um momento que existe mesmo quando o campo magnético aplicado é zero. A existência de momentos espontâneos indica que os spins dos elétrons e seus momentos magnéticos estão dispostos de maneira regular. O ferromagnetismo existe em ligas binárias e ternárias de ferro, níquel, cobalto e outros elementos, alguns compostos de metais de terras raras e alguns minerais naturais, como a magnetita.
A história e as diferenças do ferrimagnetismo
Historicamente, o termo ferromagnético tem sido usado para qualquer material que apresente magnetização espontânea, o momento magnético na ausência de um campo magnético externo. Esta definição geral ainda é comumente usada. Recentemente, no entanto, foram identificadas diferentes classes de magnetização espontânea. Em particular, um material é ferromagnético somente se todos os seus íons magnéticos contribuem positivamente para a magnetização líquida. Se alguns dos íons magnéticos subtraírem a magnetização líquida (se estiverem parcialmente desalinhados), o material é ferrimagnético. Se os momentos dos íons alinhados e anti-alinhados são iguais, de modo que, apesar do ordenamento magnético, a magnetização líquida é zero, então o material é um antiferromagneto. Esses efeitos de alinhamento ocorrem apenas abaixo de uma certa temperatura crítica, chamada temperatura de Curie (para ferromagnetos e ferrimagnets) ou temperatura de Néel (para antiferromagnes).
Quando um campo magnético externo é aplicado a um ferromagneto, como o ferro, os dipolos atômicos se alinham com ele. Mesmo que o campo magnético seja removido, o alinhamento parcial permanecerá: o material foi magnetizado. Uma vez magnetizado, o ímã permanecerá magnetizado indefinidamente. A desmagnetização requer a aplicação de calor ou um campo magnético na direção oposta. Este é o efeito fornecido pelo elemento de armazenamento no disco rígido.
Em tais materiais, a relação entre a indução magnética H e a magnetização M não é linear. Se o ímã for desmagnetizado (H = M = 0), e a relação entre H e M for plotada para aumentar o nível de intensidade do campo, M segue a curva de magnetização inicial. Essa curva aumenta rapidamente no início e depois se aproxima de uma assíntota conhecida como saturação magnética. Se o campo magnético agora está diminuindo monotonicamente, M segue uma curva diferente. Na intensidade de campo zero, a magnetização compensa a partir da origem por uma quantidade chamada remanência. Se a relação entre H e M for traçada para todas as intensidades de campo magnético aplicadas, o resultado será um loop de histerese chamado loop primário.
Um olhar mais atento à curva de magnetização geralmente revela uma série de pequenos saltos de magnetização aleatórios, chamados saltos de Barkhausen. Este efeito é devido a defeitos do cristal, como deslocamento.
A origem física
A histerese em materiais ferromagnéticos é o resultado de dois efeitos: rotação do vetor de magnetização e mudanças no tamanho ou número de domínios magnéticos. Em geral, a magnetização varia ao longo do ímã (em direção, mas não em magnitude).
Ímãs maiores são divididos em regiões chamadas domínios. Dentro de cada domínio, a magnetização é constante, mas entre os domínios temos paredes de domínio relativamente finas, onde a direção da magnetização gira de um domínio para outro. Se o campo magnético muda, as paredes se movem, alterando o tamanho relativo dos domínios.
A histerese em ferromagnetos tem uma variedade de aplicações. Muitos deles aproveitam sua capacidade de reter memória, como fitas, discos rígidos e cartões de crédito. Nessas aplicações, ímãs de disco rígido, como ferro, são necessários para que a memória não possa ser facilmente apagada.
