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3 Theoretische Grundlagen 39
woraus eine langreichweitige parallele Ausrichtung der Spins resultiert. Eine
Erhöhung der Temperatur führt zu thermischer Bewegung der Spins, die die
Orientierung stört. Oberhalb einer bestimmten Temperatur, der Curie-Temperatur TC, verschwindet der Ferromagnetismus und Ferromagneten werden zu Paramagneten,
die einem Curie-Weiss-Gesetz
C
χ =
T − Θ
(3.12)
mit der Suszeptibilität χ, der Curie-Konstanten C und der paramagnetischen Curie-
Temperatur Θ gehorchen.
Zur Maximierung der magnetostatischen Energie unterteilt sich ein
ferromagnetisches kristallines Teilchen in Domänen, die sogenannten Weisschen
Bezirke, die fast oder komplett bis zur Sättigung spontan magnetisiert werden [110].
Die einzelnen Domänen sind durch die sogenannten Blochschen Wände voneinander
getrennt.
Nach außen ist ein Ferromagnet auch unterhalb TC unmagnetisch, da die Rich-
tungen der Magnetisierung der einzelnen Domänen statistisch verteilt sind, so daß
das resultierende Moment gleich null ist. In einem äußeren Magnetfeld erfolgt eine
innere Magnetisierung, die einzelnen Weisschen Bezirke richten sich so lange mit
zunehmender Feldstärke H aus, bis sie vollständig orientiert sind. Die maximale
innere Magnetisierung wird Sättigungsmagnetisierung MS genannt. Wird die
Feldstärke auf Null reduziert, verläuft die Magnetisierung in einer Hystereseschleife
(siehe dazu Abbildung 3.6 A), bei H = 0 verbleibt die Remanenzmagnetisierung MR; es ist ein Permanentmagnet entstanden. Die Magnetisierung M = 0 wird erst wieder
bei der Koerzitivfeldstärke - HC erreicht. Ferromagnetisch sind die Elemente Fe, Co,
Ni, Gd, Dy sowie Verbindungen wie z. B. CrO 2 oder Fe 3O 4 [4, 111 - 113].
Das effektive magnetische Moment eines ferromagnetischen Teilchens wird
durch seine Größe bestimmt. Die Domänenbildung in einem Ferromagneten ist
unterhalb einer kritischen Partikelgröße nicht mehr bevorzugt, die Wände
verschwinden, und das Teilchen besteht nur noch aus einer einzigen Domäne. Dies
wurde bereits 1930 von Frenkel und Dorfman vorausgesagt [114].
Eine Ansammlung von Ein-Domänen-Teilchen, die nicht miteinander wechselwirken,
kann ihre Magnetisierung nur durch eine strikte Rotation des
Magnetisierungsvektors jedes einzelnen Partikels umkehren. Dies erfordert große