Materiales Magneticos

Los materiales magnéticos constituyen unos de los grupos de materiales con diversas aplicaciones en el campo de las ciencias e ingenierías. Actualmente el uso de estos materiales es de sumo interés en el ámbito de almacenamiento de información, en especial en el caso de las computadoras, mientras que los semiconductores sirven como base a la memoria primaria, los discos magnéticos y las cintas son capaces de almacenar grandes cantidades de información. Pero, ¿Qué hace tan especial a este tipo de materiales?

Las propiedades magnéticas macroscópicas de los materiales son consecuencia de los momentos magnéticos asociados a los electrones individuales. En un átomo cada electrón tiene momentos magnéticos que se originan de dos fuentes distintas. Cuando el electrón se mueve alrededor del núcleo, genera un campo magnético muy pequeño debido a que es una carga en movimiento, por lo tanto presenta un momento magnético a lo largo de su eje de rotación, simultáneamente el electrón gira sobre sí mismo alrededor de un eje, el otro momento magnético se origina del espín del electrón, el cual está dirigido a lo largo el eje de spin. Entonces un electrón en un átomo se puede considerar como un pequeño imán que tiene momentos magnéticos tanto de orbitales como de spin.

En cada átomo individual, los momentos orbitales y de spin de algunos pares electrónicos se cancelan unos con otros, por lo cual el momento magnético neto de un átomo es la suma de los momentos magnéticos de los electrones constituyentes.

Por lo tanto las propiedades magnéticas se derivan de la naturaleza de los electrones apareados o desapareados. Los compuesto con todos los electrones apareados son muy débilmente repelidos por un imán o campo magnético y se conocen como compuestos diamagnéticos (p. ej.: NaCl, Xe, K2SO4). Los materiales que tienen electrones desapareados son débilmente atraídos por un campo magnético y se conocen como paramagnéticos. En los compuestos paramagnéticos los espines debidos a los electrones desapareados están desordenados al azar debido a la agitación térmica. Sin embargo, cuando se enfría esos materiales suelen tener una transición a un estado ordenado magnéticamente. Cuando los espines se ordenan de forma paralela resulta un momento magnético neto y estos compuestos se denominan ferromagnéticos (conocidos generalmente como imanes). Cuando los espines se ordenan de forma anti-paralela el momento neto es cero y los compuestos se denominan anti ferromagnéticos. La temperatura de transición puede ser mayor o menor que temperatura ambiente. Para compuestos anti ferromagnéticos se denomina temperatura de Neel y para ferromagnéticos temperatura de Curie. Por ejemplo, las temperaturas de Curie de Fe, Co y Ni son 770, 1123 y 358 ºC, respectivamente. Mientras que el Fe-α CCI es ferromagnético, el Fe-γ es paramagnético.

Los ferromagnéticos son muy importantes debido a las diferentes aplicaciones que se derivan de la propiedad de tener los espines alineados. Dentro de un material ferromagnético hay subestructuras conocido como dominios. Un dominio magnético es una porción del cristal de volumen pequeño 10-4 mm3 donde todos los espines están alineados de forma paralela mientras que el momento magnético resultante de cada dominio está aleatoriamente orientado respecto de los restantes. Cuando un campo magnético externo se aplica sobre un material ferromagnético desmagnetizado, los dominios alineados en la dirección del campo crecen y se produce la rotación de los momentos de los dominios. Una vez retirado el campo magnético del ferromagnético, este permanecerá magnetizado.

Se pueden distinguir dos tipos de materiales según sean sus propiedades para magnetizarse o desmagnetizarse, los materiales blandos y duros.

Los materiales magnéticos blandos son aquellos que se pueden magnetizar y desmagnetizar fácilmente con campos H externos de baja intensidad, cuando se remueve el campo H, muestran una baja magnetización, muestran alta permeabilidad magnética y baja coercitividad Hc.

Los materiales magnéticos duros son aquellos difíciles de magnetizar debido a que requieren altos campos coercidos Hc, esta característica se ve reflejada en las curvas de histéresis de los materiales duros vs materiales blandos.

Aplicaciones materiales magnéticos blandos

Los vidrios metálicos son una clase relativamente nueva de materiales magnéticos suaves cuya característica dominante es una estructura no cristalina (amorfa). Se fabrican por un proceso de solidificación rápida.

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