Erklärung für Ferromagnetismus

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

Gibt es eine einfache physikalische Erklärung für Ferromagnetismus von Fe, Co und Ni? Ich habe jetzt schon einige FK Bücher gewälzt, doch so richtig klar ist mir das ganze nicht geworden. Vor allem wird Ferromagnetismus von Fe, Co und Ni im Kopitzki völlig anders als im Ibach-Lüth erklärt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Magst du mal versuchen zusammenzufassen, worin deiner Auffassung nach die Erklärungen in diesen beiden Büchern bestehen?

Und hast du zum Beispiel auch schon mal etwas gelesen wie in

http://de.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismus#Physikalischer_Ursprung ?

Also dass die Antwort auf die Frage

"Warum ist es in ferromagnetischen Materialien energetisch günstiger, wenn sich die Elementarmagnete gleichgerichtet ausrichten, wo doch die magnetische Wechselwirkung alleine eine antiparallele Ausrichtung energetisch bevorzugen würde?"

ist:

"Das liegt an der Austauschwechselwirkung (also dem Pauli-Prinzip) und der speziellen Elektronenkonfiguration in ferromagnetischen Atomen. Diese Austauschwechselwirkung liefert einen Energiebeitrag zur Wechselwirkung zwischen den Elementarmagneten, der es insgesamt energetisch günstiger macht, sich parallel zueinander auszurichten als antiparallel."

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

Das mit der Austauschwechselwirkung habe ich auch gelesen.
Kopitzki:
Bei Ni kommt es infolge der Austauschwechselwirkung kommt es zu einer Verschiebung der Zustaende mit versch. Spinorientierung innerhalb des 3d Bandes. Es ergibt sich ein Ueberschuss von Elektronen mit magn. Moment in Richtung des Austauschfeldes. Im Mittel entspricht dies

. Dies verursacht die spontane Magnetisiierung des Ni.

Ibach-Lüth:
Hier wird vom Stoner Wohlfarth Modell ausgegangen, was sehr kompliziert ist und sich nicht mit dem, was Kopitzki sagt aehnelt.

Warum eigtl. zeigen nur Fe, Co und Ni Ferromagnetismus?

Eine Sache ist mir noch eingefall: Wenn die Spins in Richtung des Magnetfeld zeigen, zeigen dann die magnetischen Momente nicht in die Gegenrichtung?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

Da

negativ ist und

positiv, sollte das immer entgegen gerichtet sein.

Ich muss dieses Modell mal echt genau anschauen. Ich finde es nicht sehr einfach...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

Aber dann ist die Magnetisierung immer entgegen dem äußeren B-Feld entgegen gerichtet, da die Spin ja in Richtung des B-Feldes zeigen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Unter welchen Annahmen meinst du das? Spins zeigen nicht "immer" in die Richtung eines äußeren Magnetfeldes.

* von was für einem Magnetfeld sprichst du da, von einem äußeren, von dem Magnetfeld, das die Spins mit ihren Magnetischen Momenten erzeugen, von dem Magnetfeld, dass die Nachbarspinserzeugen, ... ?

* Machst du bei dem, was du da gerade meinst, implizit die Annahme, dass du da nur Fälle betrachtest, in denen die magnetische Wechselwirkung dominiert?

* ... ?

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

Ich meine, wenn ich an einem Ferromagneten ein B-Feld anlege dann wachsen doch die einzelnen Domaenen (ich meine die Weisschen Bezirke) immer mehr in Richtung des Feldes, bis sie am Ende in Richtung des angelegten Feldes zeigen. Aber in den Domaenen, richtet sich der Spin nach dem aeusseren Feld, oder? Also, wenn sich der Spin in Richtung des ausseren Feldes richtet, dann muesste doch die Magnetisierung entgegen des B-Feldes zeigen, da das magnetische Moment antiparallel zum Spin zeigt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

Eine schöne Grafik, die darstellt, in abhängig von was ein Material ferromagnetisch bzw. paramagnetisch ist (also ob sich die Elementarmagnete dieses Materials bevorzugt parallel oder antiparallel zueinander einstellen), habe ich übrigens auf Seite 3 des folgenden Links gefunden:

http://www.physik.uni-mainz.de/komet334/Lehrveranstaltungen/Kap2-Ferromagnetismus.pdf

Die zeigt die Abhängigkeit der Potentials der Austauschwechselwirkung vom Atomabstand.

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

So ein ähnliches Bild habe ich schon mal gesehen. Das war im Ibach, nur da war als x-Achse die Ordnungszahl Z angegeben. Ich habe jetzt schon einige Bücher mir angeschaut und man muss echt sagen, dass die Erklärung für Ferromagnetismus sich von Buch zu Buch unterscheidet.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Findest du wirklich, dass das ein echter Unterschied ist? Läuft es nicht total auf dasselbe hinaus, ob man nun die Ordnungszahl Z oder den Atomstand der Atomrümpfe auf der x-Achse aufträgt? Denn nimmt nicht der Abstand zwischen den Atomen mit der Ordnungszahl ziemlich gleichmäßig zu?

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

Ja das ist schon ok. Ich meine allgemein finde ich Ferromagnetismus etwas diffus.

nekros7 · Anmeldungsdatum: 18.08.2006 Beiträge: 154

Beispiele für diese Diffusität:
In manchen Büchern wird überhaupt nicht unterschieden in der Austauschwechselwirkung der Hüllenelektronen und Austauschwechselwirkung der freien Elektronen. Dann wird einfach nur von Austauschwechselwirkung von Elektronen geredet.

Auch beim Diamagnetismus gibt es Ungereimtheiten. Zum Beispiel werden manchmal die Landauröhren gar nicht erwähnt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ist das nicht normal, dass nicht jedes Buch jeden Detailaspekt in aller Ausführlichkeit ausbreitet, und statt dessen versucht, den Stoff in einem sinnvollen Umfang zu bündeln und in konzentrierter Form wiederzugeben?

So etwas würde ich nicht als Ungereimtheiten bezeichnen.

Wenn man sich genauer für Details interessiert, schaut man sich dann eben ausführlichere oder spezialisiertere Quellen an, wenn man hingegen einen relativ kürzeren Überblick möchte, wählt man sich ein Buch, in dem das Thema in relativ knapper Form zusammengefasst ist.