Ferri e antiferromagnetismo
Il ferrimagnetismo e l'antiferromagnetismo sono due proprietà magnetiche dei materiali. A differenza dei materiali antiferromagnetici, i materiali ferrimagnetici sono fortemente attratti da un campo magnetico. Altre proprietà magnetiche della materia sono il paramagnetismo, il ferromagnetismo e il diamagnetismo.
In particolare, le ultime tre proprietà sono ampiamente note, ma non possono caratterizzare completamente tutti i materiali. Esistono sostanze che devono essere classificate in antiferromagnetismo e ferrimagnetismo. Le due proprietà possono essere descritte dalla sovrapposizione di due sottoreticoli ferromagnetici polarizzati l'uno rispetto all'altro. Ad esempio, la sostanza ossido di manganese ha due spin elettronici adiacenti. Questi magneti elementari sono allineati antiparalleli, formando due piani di spin paralleli tra loro. Questo è un tipico esempio di antiferromagnetismo. In un tale materiale, i due sottoreticoli ferromagnetici o le loro proprietà magnetiche si annullano a vicenda.
Nel ferrimagnetismo, uno di questi sottoreticoli o le sue proprietà magnetiche sono più forti di quelle dell'altro sottoreticolo. Inoltre, non è obbligatorio che i diversi sottoreticoli seguano un allineamento antiparallelo. Per comprendere appieno il significato e l'effetto dell'antiferromagnetismo e del ferrimagnetismo, è meglio familiarizzare con le basi del ferromagnetismo, la proprietà magnetica più nota:
Ferromagnetismo
L'interazione di scambio degli spin elettronici paralleli allineati in un materiale ferromagnetico stabilizza questo allineamento. Ciò significa che un materiale ferromagnetico può essere magnetizzato. Quando il ferromagnete è completamente magnetizzato, tutti gli spin degli elettroni nella materia sono allineati parallelamente. Non è possibile ottenere un grado di magnetizzazione più elevato.
Anche in un materiale antiferromagnetico esiste un grado massimo di magnetizzazione, ma nel sottoreticolo. Ciò significa che gli spin atomici si allineano solo parzialmente in base al campo magnetico esterno: tutti gli altri spin si dispongono esattamente nell'orientamento opposto. Ciò può essere paragonato ai cosiddetti domini di Weiss, che si formano quando un materiale ferromagnetico non è completamente magnetizzato e soprattutto quando è smagnetizzato. Pertanto, sebbene gli spin degli elettroni all'interno di un dominio di Weiss siano allineati parallelamente, non esiste alcun allineamento parallelo tra i diversi domini. In un materiale antiferromagnetico, i domini si sovrappongono e formano i sottoreticoli sopra menzionati. In un antiferromagnete, i momenti magnetici di tutti i sottoreticoli si compensano a vicenda. Nel ferrimagnetismo predomina il momento magnetico totale di un particolare orientamento o sottoreticolo.
Ciò si traduce nel seguente effetto: un antiferromagnete non rafforza un campo magnetico, mentre un ferrimagnete può rafforzarlo, comportandosi sostanzialmente come un ferromagnete debole.
Per i materiali ferromagnetici esiste una temperatura di Curie specifica per ogni materiale, che indica a quale temperatura un materiale ferromagnetico diventa un materiale paramagnetico. Il motivo è che quando si supera la temperatura di Curie, l'allineamento degli spin viene distrutto dal moto termico dei singoli atomi. La suscettività magnetica X di una sostanza è data dalla costante di Curie C:
Qualcosa di simile esiste anche per gli antiferromagneti, ma non con la temperatura di Curie o la costante di Curie, bensì con la cosiddetta temperatura di Neel o la costante di Neel N:
