Ferromagnetismus und andere Formen
Wenn im alltäglich Sprachgebrauch der Ausdruck Magnetismus benutzt wird, ist zumeist der Ferromagnetismus gemeint. Dieser ist lediglich eine Ausprägung des Magnetismus. Da die anderen Formen des Magnetismus in unserem Alltag kaum oder gar nicht in Erscheinung treten und somit nur der Ferromagnetismus eine greifbare Rolle in unserer Wahrnehmung spielt, wird das Wort Magnetismus in den meisten Fällen synonym für den Ferromagnetismus verwendet.
Ursache jeglicher Form des Magnetismus ist die Rotation der Elektronen um ihre eigene Achse, der Spin, sowie der Bahn-Drehimpuls, also die Bewegung der Elektronen um den Atomkern. Jedes Elektron erzeugt so ein magnetisches Moment. Die Summe der einzelnen magnetischen Momente und deren Ausrichtung ergeben die Magnetisierung der Materie.
Nicht nur die Elektronen besitzen ein magnetisches Moment. Die Bausteine der Atomkerne haben ebenfalls einen Spin. Das daraus resultierende magnetische Moment ist deutlich kleiner, als jenes der Elektronen. Anwendung findet es aber trotzdem, zum Beispiel bei der Magnetresonanztomographie.
Es gibt fünf verschiedene Erscheinungsformen des Magnetismus in Materie.
Unser Liebling, der Ferromagnetismus: Bringt man ein ferromagnetisches Material in ein äußeres Magnetfeld, so richten sich die magnetischen Momente zueinander parallel und entlang des externen Magnetfelds aus (Achtung: vereinfachte Beschreibung). Nach dem Entfernen des äußeren Magnetfelds bleibt eine Restmagnetisierung übrig, die sogenannte Remanenz. Die Remanenz (Br) ist Werkstoff spezifisch und ist, zusammen mit der Größe eines Magneten, verantwortlich für die „Stärke“ eines Dauermagneten. Legierungen des Werkstoffes NdFeB weisen die höchste Remanenz (Br) auf.
Diamagnetismus: Die magnetischen Momente im Material, dass einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird, richten sich entgegen dem äußeren Feldes aus. Der diamagnetische Stoff strebt aus dem Magnetfeld heraus (abstoßen). Der Effekt ist jedoch sehr schwach und wird in den meisten Stoffen von anderen magnetischen Phänomenen überlagert. Mit Hilfe des Diamagnetismus können in extrem starken Magnetfeldern diamagnetische Stoffe zum schweben gebracht werden (Levitation). Beispiele für solche Materialien sind Wismut, Graphit, Helium und Wasser.
Paramagnetismus: Die magnetischen Momente im Material, dass einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird, richten sich entlang dem äußeren Magnetfeld aus. Der paramagnetische Stoff strebt in das Magnetfeld hinein (anziehen). Dieser Effekt ist mehrere Größenordnungen schwächer, als der Ferromagnetismus. Paramagnetische Stoffe sind z.B. Alkalimetalle und Selten-Erd-Metalle.
Antiferromagnetismus: In Materialien, die antiferromagnetisch sind, richten sich benachbarte magnetische Momente antiparallel, also entgegengesetzt von einander aus Die Magnetisierung ist folglich Null, es ist also keine makroskopische Magnetisierung beobachtbar. Im Gegensatz dazu zeigen die magnetischen Momente beim Ferromagnetismus, einfach gesagt, alle in die gleiche Richtung.
Ferrimagnetismus: Sind die magnetischen Momente wie bei antiferromagnetischen Materialien antiparallel zu einander ausgereichtet, aber in die eine Richtung stärker ausgeprägt, als in die andere Richtung, spricht man von einem ferrimagnetischen Material. Sie lassen sich äußerlich nicht von einem Ferromagnet unterscheiden, besitzen allerdings eine geringere Magnetisierung. Ferrimagnetismus tritt häufig bei keramischen Oxiden auf zu denen der wichtige Werkstoff Hartferrit gehört.