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Supongamos que tenemos una red cristalina con determinados átomos/iones que poseen un momento magnético no nulo.
Según cómo se ordenen estos momentos magnéticos entre sí podemos distinguir que tipo de material magnético es. Si ningún átomo/ion del complejo tiene momento magnético estaremos ante un material diamagnético (DM) y repelerá las líneas de campo magnético que traten de entrar en él.
Si todos los momentos magnéticos se alinean de una manera paralela y no fluctuan estaremos ante un material ferromagnético (FM). Estos materiales tienen un momento efectivo distinto de cero y se sienten atraidos por campos magnéticos externos.
Estaremos ante un material paramagnético si a pesar que existen átomos/iones con un momento magnético, los momentos magnéticos se situan en direcciones aleatorias (estando "fijos" o bien están fluctuando en los ejes de fácil imanación. Estos materiales, que carecen de campo magnético propio se ven atraidos por un campo magnético externo debido a que este ordena en cierta manera los momentos magnéticos atómicos, o haciendo más difícil la fluctuación térmica de estos en el segundo caso.
Materiales antiferromagnéticos (AFM). En este caso, en cierta manera similar al ferromagnetismo, los momentos magnéticos están fijos en determinadas posiciones, pero en este caso un espín (abuso del lenguaje para referirme a los momentos magnéticos) se alineará de manera "antiparalela" a su vecino, esto es, si uno "apuntaba" hacia arriba el otro hacia abajo. Para que suceda esto el módulo de los espines debe ser igual. Su momento magnético total es cero y se sienen atraidos por un campo magnético al "polarizar" al material en cierta manera.
Materiales ferrimagnéticos. Son equivalentes a los AFM con la excepción de que los momentos que se alinean antiparalelos no tienen el mismo módulo, produciendo un momento propio del material.
Existen más tipos de materiales magnéticos, como los materiales helicoidales o estructuras inconmensurables.
Cómo se ordenan los momentos magnéticos depende de la interacción de canje directo entre dos electrones, que principalmente depende del átomo/ion. Por ejemplo el Fe tiene un canje direto positivo (ordenamiento FM) , mientras que el Mn tiene uno negativo (dando lugar a estructuras antiferro ferrimagnéticas). En estructuras más complicadas hay que tener en cuenta otro tipo de interacciones de canje a largo alcance, como el supercanje (a través de un átomo/ion diamagnético), la interacción dipolar o la interacción RKKY.
En los materiales con orden (FM, AFM y ferri) esto sucede debido a que no todas las direcciones de espín son equienergéticas. Las posiciones de mínima energía están separadas por una barrera de energía, proporcional a una constante del material. Cuando la energía térmica es más grande que esta barrera energética los espines comienzan a fluctuar entre las diversas posiciones de mínima energía magnética, existiendo una transición de fase, de fase magnética ordenada a fase magnética desordenada. Esta temperatura puede ser muy pequeña, de manera que en el estudio de materiales magnéticos es muy interesante llegar a bajas temperaturas (en algunos laboratorios llegan a temperaturas del orden de los milikelvin, con diluciones de He3 y He4, más información en http://forum.lawebdefisica.com/showt...=Diluci%C3%B3n)
Por otro lado un pedazo de hierro a temperatura ambiente no presenta un campo propio. Esto sucede debido a que los FM se organizan en lo conocido como "dominios magnéticos". Estos dominios magnéticos se forman debido a la competición existente entre la minimización de la energía de canje (en la configuración de mínima energía es con todos los espines alineados) y la minización de la energía magnética del sistema, y consisten en que el material se dividen en distintas regiones. Imaginad que el material es una tarta cuadrada y que la cortais en pedazos de arriva a abajo. Dentro de cada pedazo los espines se alinean paralelamente, mientras que los espines de cada pedazo están "antiparalelos" con los del vecino. Si el tamaño del material magnético se va reduciendo el número de dominios se reduce con él, llegando a un determinado tamaño en el que los sistemas FM son monodominio, típicamente del orden de unos pocos nanómetros.
Estos sistemas monodominio se comportan de una manera un tanto especial, ya que se pueden describir en la gran mayoría de los casos con una anisotropía uniaxial que depende directamente del volumen del dominio y de una constante que en general es complicada: depende no solo del material si no de su forma, la relación volumen/superficie y otras cosas. Supongamos que tenemos una partícula monodominio con una barrera de potencial entre sus dos posiciones estables de espín. Si la temperatura es suficientemente grande (, donde es es la contante de Boltzmann y la temperatura absoluta) el espín de la partícula estará oscilando entre las dos posiciones de espín, mientras que si la energía térmica es menos el espín estará bloqueado en una de las dos posiciones. Si un material se compone de muchas partículas monodominio, esta por encima de la temperatura de bloqueo y no existen interacciones magneticas entre ellas el sistema esta en un estado "superparamagnetico", esto es, los espines de las particulas (superespines) estan fluctuando velozmente entre sus dos posiciones, dando como resultado un estado muy similar al paramagnetismo. Cuando se reduce la temperatura, estas fluctuaciones van reduciendo su frecuencia, hasta que se "congelan" por completo cuando se reduce la temperatura por debajo de la de bloqueo. Debido a que al anisotropia de cada particula es en principio independiente del resto, da como resutlado una imanacion total de cero. Sin embargo, cuando aplicamos un campo magnetico las dos posiciones para el "superespin" dejan de ser equivalentes energeticamente, consiguiendo una imanacion neta en el estado "congelado".
Ahora anyadiremos interacciones entre las particulas. Estas interacciones nos modificaran los estados energeticos del espin de las otras particulas, haciendo unas posiciones del momento magnetico mas favorables que otras. Si ademas tenemos en cuenta que estas interacciones pueden ser tanto ferromagneticas como antiferromagneticas, tenemos un lio de cuidado. Algunas particulas estan recibiendo al tiempo interacciones opuestas...los espines se "frustran" Si a la frustracion unimos cierto desorden estructural en las particulas (no estan situadas como una "super red") tenemos un vidrio de espin. Los vidrios de espin son intersantes porque:
a)Aun no se sabe si son una fase o no
b)Son un sistema no ergodico, es decir en un tiempo de medida tipico el sistema no recorre todos los microestados
Esta acabado pero mal, sin bibliografia ni orden mental, se agradecen comentarios...
Según cómo se ordenen estos momentos magnéticos entre sí podemos distinguir que tipo de material magnético es. Si ningún átomo/ion del complejo tiene momento magnético estaremos ante un material diamagnético (DM) y repelerá las líneas de campo magnético que traten de entrar en él.
Si todos los momentos magnéticos se alinean de una manera paralela y no fluctuan estaremos ante un material ferromagnético (FM). Estos materiales tienen un momento efectivo distinto de cero y se sienten atraidos por campos magnéticos externos.
Estaremos ante un material paramagnético si a pesar que existen átomos/iones con un momento magnético, los momentos magnéticos se situan en direcciones aleatorias (estando "fijos" o bien están fluctuando en los ejes de fácil imanación. Estos materiales, que carecen de campo magnético propio se ven atraidos por un campo magnético externo debido a que este ordena en cierta manera los momentos magnéticos atómicos, o haciendo más difícil la fluctuación térmica de estos en el segundo caso.
Materiales antiferromagnéticos (AFM). En este caso, en cierta manera similar al ferromagnetismo, los momentos magnéticos están fijos en determinadas posiciones, pero en este caso un espín (abuso del lenguaje para referirme a los momentos magnéticos) se alineará de manera "antiparalela" a su vecino, esto es, si uno "apuntaba" hacia arriba el otro hacia abajo. Para que suceda esto el módulo de los espines debe ser igual. Su momento magnético total es cero y se sienen atraidos por un campo magnético al "polarizar" al material en cierta manera.
Materiales ferrimagnéticos. Son equivalentes a los AFM con la excepción de que los momentos que se alinean antiparalelos no tienen el mismo módulo, produciendo un momento propio del material.
Existen más tipos de materiales magnéticos, como los materiales helicoidales o estructuras inconmensurables.
Cómo se ordenan los momentos magnéticos depende de la interacción de canje directo entre dos electrones, que principalmente depende del átomo/ion. Por ejemplo el Fe tiene un canje direto positivo (ordenamiento FM) , mientras que el Mn tiene uno negativo (dando lugar a estructuras antiferro ferrimagnéticas). En estructuras más complicadas hay que tener en cuenta otro tipo de interacciones de canje a largo alcance, como el supercanje (a través de un átomo/ion diamagnético), la interacción dipolar o la interacción RKKY.
En los materiales con orden (FM, AFM y ferri) esto sucede debido a que no todas las direcciones de espín son equienergéticas. Las posiciones de mínima energía están separadas por una barrera de energía, proporcional a una constante del material. Cuando la energía térmica es más grande que esta barrera energética los espines comienzan a fluctuar entre las diversas posiciones de mínima energía magnética, existiendo una transición de fase, de fase magnética ordenada a fase magnética desordenada. Esta temperatura puede ser muy pequeña, de manera que en el estudio de materiales magnéticos es muy interesante llegar a bajas temperaturas (en algunos laboratorios llegan a temperaturas del orden de los milikelvin, con diluciones de He3 y He4, más información en http://forum.lawebdefisica.com/showt...=Diluci%C3%B3n)
Por otro lado un pedazo de hierro a temperatura ambiente no presenta un campo propio. Esto sucede debido a que los FM se organizan en lo conocido como "dominios magnéticos". Estos dominios magnéticos se forman debido a la competición existente entre la minimización de la energía de canje (en la configuración de mínima energía es con todos los espines alineados) y la minización de la energía magnética del sistema, y consisten en que el material se dividen en distintas regiones. Imaginad que el material es una tarta cuadrada y que la cortais en pedazos de arriva a abajo. Dentro de cada pedazo los espines se alinean paralelamente, mientras que los espines de cada pedazo están "antiparalelos" con los del vecino. Si el tamaño del material magnético se va reduciendo el número de dominios se reduce con él, llegando a un determinado tamaño en el que los sistemas FM son monodominio, típicamente del orden de unos pocos nanómetros.
Estos sistemas monodominio se comportan de una manera un tanto especial, ya que se pueden describir en la gran mayoría de los casos con una anisotropía uniaxial que depende directamente del volumen del dominio y de una constante que en general es complicada: depende no solo del material si no de su forma, la relación volumen/superficie y otras cosas. Supongamos que tenemos una partícula monodominio con una barrera de potencial entre sus dos posiciones estables de espín. Si la temperatura es suficientemente grande (, donde es es la contante de Boltzmann y la temperatura absoluta) el espín de la partícula estará oscilando entre las dos posiciones de espín, mientras que si la energía térmica es menos el espín estará bloqueado en una de las dos posiciones. Si un material se compone de muchas partículas monodominio, esta por encima de la temperatura de bloqueo y no existen interacciones magneticas entre ellas el sistema esta en un estado "superparamagnetico", esto es, los espines de las particulas (superespines) estan fluctuando velozmente entre sus dos posiciones, dando como resultado un estado muy similar al paramagnetismo. Cuando se reduce la temperatura, estas fluctuaciones van reduciendo su frecuencia, hasta que se "congelan" por completo cuando se reduce la temperatura por debajo de la de bloqueo. Debido a que al anisotropia de cada particula es en principio independiente del resto, da como resutlado una imanacion total de cero. Sin embargo, cuando aplicamos un campo magnetico las dos posiciones para el "superespin" dejan de ser equivalentes energeticamente, consiguiendo una imanacion neta en el estado "congelado".
Ahora anyadiremos interacciones entre las particulas. Estas interacciones nos modificaran los estados energeticos del espin de las otras particulas, haciendo unas posiciones del momento magnetico mas favorables que otras. Si ademas tenemos en cuenta que estas interacciones pueden ser tanto ferromagneticas como antiferromagneticas, tenemos un lio de cuidado. Algunas particulas estan recibiendo al tiempo interacciones opuestas...los espines se "frustran" Si a la frustracion unimos cierto desorden estructural en las particulas (no estan situadas como una "super red") tenemos un vidrio de espin. Los vidrios de espin son intersantes porque:
a)Aun no se sabe si son una fase o no
b)Son un sistema no ergodico, es decir en un tiempo de medida tipico el sistema no recorre todos los microestados
Esta acabado pero mal, sin bibliografia ni orden mental, se agradecen comentarios...
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