CAPITOLO III
MAGNETISMO ELEMENTARE

Momenti magnetici

L'ipotesi dei momenti magnetici

I salti di Barkhausen

L'origine fisica dei domini

L'anisotropia magnetocristallina

L'energia di anisotropia

Posti reticolari vacanti o atomi di impurità

Momenti magnetici

Per l’interpretazione dei fenomeni magnetici si parte dal presupposto che ad ogni atomo o molecola della sostanza magnetica, sia associato un momento magnetico (m) che deriva dal momento magnetico di spin dell’elettrone (come noto, l’elettrone possiede, oltre alla carica elettrica e, un momento magnetico intrinseco m); il momento magnetico orbitale degli elettroni, e precisamente da come gli atomi sono disposti nella struttura cristallina del materiale in esame, permette di prevederne il comportamento magnetico.

Supponiamo che tutti i momenti magnetici siano disposti parallelamente come nella fig. 9, anche in assenza di un campo esterno; l’allineamento è dovuto alle interazioni quantistiche di scambio che tendono a disporre gli spin elettronici degli atomi adiacenti parallelamente (fig. 9a, ferromagnetismo) o antiparallelamente (fig. 9b, ferrimagnetismo) gli uni rispetto agli altri (Heisenberg). L’effetto di questa interazione di scambio è quello di creare un campo magnetico, detto campo di Weiss H_W (dell'ordine di grandezza di 10⁷ Oe) proporzionale alla magnetizzazione spontanea I_s cioè H_W = N _W I_s. L’allineamento è completo allo zero assoluto, dove con n atomi per centimetro cubo, I_s assume il massimo valore I₀=nm. All'aumentare della temperatura, l'allineamento è disturbato dall’agitazione termica, cosicché la magnetizzazione spontanea I_s decresce all’aumentare della temperatura come indicato nella fig. 10 finché alla temperatura di Curie T_C il sistema è completamente disordinato (fig. 9 c).

Tenendo valida l'ipotesi della disposizione parallela dei momenti i magnetici elementari, risulta che per invertire il senso di magnetizzazione è necessario applicare un campo dell’ordine di 10⁷ Oe. In realtà però si osserva che è sufficiente un campo molto debole, spesso dell’ordine di qualche oersted. Si veda ad esempio la fig. 11 in cui è riportata la curva di magnetizzazione di un monocristallo di ferro-silicio, dalla quale si vede che l'applicazione di qualche decimo di 0e provoca una magnetizzazione I dell'ordine dei 10³ Gs.

La spiegazione di ciò, e più generalmente del fatto che un pezzo di materiale magnetico esiste allo stato non magnetizzato mentre un debole campo magnetico può produrre la saturazione magnetica, è stata data da Weiss con l’introduzione dell’ipotesi dei domini magnetici.

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