Magnetische Domänen
Die für ferromagnetische Materialien charakteristische mikroskopische Anordnung der Elektronenspins führt zur Bildung von Regionen mit magnetischer Ausrichtung, die Domänen genannt werden.
Die Hauptaussage der Domänen ist, dass in ferromagnetischen Materialien bereits ein hoher Grad an Magnetisierung innerhalb einzelner Domänen vorhanden ist, dass aber in Abwesenheit von externen Magnetfeldern diese Domänen zufällig ausgerichtet sind. Ein bescheidenes angelegtes Magnetfeld kann einen größeren Grad der Ausrichtung der magnetischen Momente mit dem externen Feld bewirken, was zu einer großen Multiplikation des angelegten Feldes führt.
Diese Darstellungen der Domänen sind nur konzeptionell und nicht dazu gedacht, einen genauen Maßstab für die Größe oder Form der Domänen zu geben. Die mikroskopischen Erkenntnisse über die Magnetisierung deuten darauf hin, dass die Nettomagnetisierung ferromagnetischer Materialien als Reaktion auf ein äußeres Magnetfeld eher durch das Wachstum der Domänen parallel zum angelegten Feld auf Kosten anderer Domänen als durch die Umorientierung der Domänen selbst, wie in der Skizze angedeutet, erfolgen kann.
Ein Teil der direkteren Beweise, die wir über Domänen haben, stammt aus der Abbildung von Domänen in Einkristallen von ferromagnetischen Materialien. Die obigen Skizzen sind nach Young und wurden von vergrößerten Bildern von Domänengrenzen in Einkristallen von Nickel adaptiert. Sie legen nahe, dass die Wirkung äußerer Magnetfelder darin besteht, dass sich die Domänengrenzen zugunsten derjenigen Domänen verschieben, die parallel zum angelegten Feld liegen. Es ist nicht klar, wie dies für magnetische Massenmaterialien gilt, die polykristallin sind. Beachten Sie die Tatsache, dass die internen Magnetfelder, die aus der langreichweitigen Ordnung der Elektronenspins stammen, viel stärker sind, manchmal hundertmal stärker, als die externen Magnetfelder, die erforderlich sind, um diese Änderungen in der Domänenausrichtung zu erzeugen. Die effektive Vervielfachung des externen Feldes, die durch die Ausrichtung der Domänen erreicht werden kann, wird oft in Form der relativen Permeabilität ausgedrückt.
Domänen können durch die Verwendung von magnetischen kolloidalen Suspensionen, die sich entlang der Domänengrenzen konzentrieren, sichtbar gemacht werden. Die Domänengrenzen können mit polarisiertem Licht, aber auch mit Hilfe der Elektronenbeugung abgebildet werden. Die Beobachtung der Bewegung von Domänengrenzen unter dem Einfluss von angelegten Magnetfeldern hat bei der Entwicklung theoretischer Behandlungen geholfen. Es wurde gezeigt, dass die Bildung von Domänen den magnetischen Beitrag zur freien Energie minimiert.