Ferromagnetismus
Definition
Der Ferromagnetismus ist dadurch charakterisiert, dass die elementaren magnetischen Momente eines Festkörpers eine parallele Ordnung aufweisen. Beim Ferromagnetismus handelt es sich um ein kollektives Phänomen. Einen ferromagnetischen Festkörper bezeichnet man als Ferromagnet.
Entstehung
Träger der elementaren magnetischen Momente sind die Elektronenspins. Wie bei anderen kollektiven magnetischen Phänomenen ist auch beim Ferromagnetismus die magnetische Wechselwirkung viel zu schwach um für die Ordnung der Spins verantwortlich zu sein. Bei der ferromagnetischen Ordnung kommt noch hinzu, daß die parallele Ausrichtung magnetischer Momente energetisch ungünstig ist. Verantwortlich für die parallele Spinordnung des Ferromagneten ist die Austauschwechselwirkung.
In einem Satz: Die Ordnung der magnetischen Momente wird durch die Austauschwechselwirkung vermittelt, nicht durch magnetische Wechselwirkung!
Domänen
Die Auftauschwechselwirkung wirkt nur zwischen Fermionen deren Wellenfunktionen einen wesentlichen Überlapp aufweisen, in der Regel also nur zwischen nahegelegenen Teilchen. Die magnetische Wechselwirkung wirkt hingegen auch zwischen weit entfernt liegenden magnetischen Momenten. Daher steigt in einem ausgedehnten Ferromagneten der magnetische Energieaufwand irgendwann über den Energiegewinn der Austauschwechselwirkung. Die ferromagnetische Ordnung des Festkörpers zerfällt dann in unterschiedlich orientierte Domänen. Die Bereiche des Festkörpers, in denen unterschiedlich orientierte Domänen aufeinandertreffen heißen Domänenwand. Die Ausbildung der Domänenwand erfordert die Verrichtung von Arbeit gegen die Austauschwechselwirkung, die Verkleinerung der Domänen (des Volumens einer zusammenhängenden Domäne) reduziert die magnetische Energie des Festkörpers.