Ферромагнетик

Ферромагне́тик, вещество, обладающее спонтанной намагниченностью при температурах ниже некоторой критической для данного материала (точка Кюри). При температурах выше точки Кюри ферромагнетики переходят в парамагнитное состояние в результате фазового перехода 2-го рода (см. Ферромагнетизм). Ферромагнетики, помещённые во внешнее магнитное поле, втягиваются в него.

Ферромагнетиками могут быть как химические элементы (переходные элементы: ${\displaystyle {\text{Fe}}}$, ${\displaystyle {\text{Co}}}$, ${\displaystyle {\text{Ni}}}$; редкоземельные элементы: ${\displaystyle {\text{Gd}}}$, ${\displaystyle {\text{Tb}}}$, ${\displaystyle {\text{Dy}}}$, ${\displaystyle {\text{Ho}}}$, ${\displaystyle {\text{Er}}}$), так и бинарные соединения и сплавы, а также небольшая группа соединений актиноидов.

Для ферромагнетиков зависимости намагниченности ${\displaystyle {\boldsymbol {J}}=k{\boldsymbol {H}}}$ и магнитной индукции ${\displaystyle {\boldsymbol {B}}=\mu _{0}({\boldsymbol {H}}+{\boldsymbol {J}})}$ от напряжённости магнитного поля ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ представляют собой нелинейные функции (рис. 1. а, б). Здесь ${\displaystyle {\boldsymbol {J}}_{s}}$ – предельное значение намагниченности, за которой следует насыщение, ${\displaystyle {k}}$ – магнитная восприимчивость; на рис. 1б при ${\displaystyle {\text{H}}>{\text{H}}_{s}}$ зависимость вектора магнитной индукции ${\displaystyle {\boldsymbol {B}}=\mu _{0}{\boldsymbol {J}}_{s}+\mu _{0}{\boldsymbol {H}}}$ линейна.

Зависимость магнитной проницаемости ${\displaystyle \mu }$ от напряжённости магнитного поля ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ имеет сложный характер (рис. 2); результаты исследования магнитной проницаемости впервые были получены А. Г. Столетовым (1872) для пермаллоя и технически чистого железа АРМКО (впоследствии полученные им зависимости получили название кривых Столетова или основных кривых намагничивания). Характерной особенностью ферромагнетиков является наличие магнитного гистерезиса, при котором значения магнитной индукции ${\displaystyle {\boldsymbol {B}}}$ и намагниченности неоднозначны, а зависят от предшествующей истории намагничивания (рис. 3).

Здесь ${\displaystyle {\boldsymbol {J}}_{s}}$ – намагниченность насыщения, ${\displaystyle {\boldsymbol {J}}_{r}}$ – остаточная намагниченность, ${\displaystyle {H}_{c}}$ – коэрцитивная сила. Явление гистерезиса обусловлено доменной структурой ферромагнетиков.

При перемагничивании ферромагнетики нагреваются; работа по перемагничиванию численно равна площади петли гистерезиса. Ферромагнетики, обладающие широкой петлёй гистерезиса (большой коэрцитивной силой), называются магнитотвёрдыми материалами и используются для создания постоянных магнитов, узкой (низкая коэрцитивная сила) – магнитомягкими материалами, применяющимися для производства, например, трансформаторов и магнитопроводов.

Ферромагнитные жидкости используются в высокочастотных динамиках для отвода тепла от звуковой катушки, а также в медицине – для удаления и диагностики раковых опухолей и в технике – в уплотнителях смазки и наноэлектромеханических системах.