Magnetische Ordnung

Illustration der ferromagnetischen Ordnung.

Illustration der antiferromagnetischen Ordnung.

Illustration der ferrimagnetischen Ordnung. Die unterschiedlichen Farben symbolisieren unterschiedliche Atomarten.

Mit der magnetischen Ordnung meint man die Auszeichnung einer bevorzugten Ausrichtung der atomaren magnetischen Momente zueinander.

Das Zustandekommen einer bevorzugten Ausrichtung liegt in der Austauschwechselwirkung der atomaren Gesamtdrehmomente. Eine bestimmte Anordnung ist energetisch vorteilhafter und führt damit zu einer Kopplung. Diese lässt sich anschaulich durch ein einfaches Modell verstehen, wenn man sich einen Festkörper aus kleinen Stabmagneten aufgebaut vorstellt: Legt man zwei solche Magnete nebeneinander, so werden sie sich antiparallel ausrichten. Hat man jedoch sehr viele Magnete in einer dreidimensionalen Anordnung, so kann die energetisch günstigere Möglichkeit auch eine andere Ausrichtung sein.

Man unterscheidet verschiedene Klassen der magnetischen Ordnung:

Ferromagnetische Ordnung

Hier stehen die magnetischen Momente vorzugsweise parallel zueinander. Die Elemente Eisen, Nickel und Cobalt sind ferromagnetische Stoffe.

Antiferromagnetische Ordnung

In diesem Fall ist die bevorzugte Ausrichtung antiparallel. Die einfachen Oxide der ferromagnetischen Elemente sind antiferromagnetisch.

Ferrimagnetische Ordnung

Ferrimagnete sind eine Mischform zwischen Ferro- und Antiferromagneten. Hier ist die Ausrichtung der magnetischen Momente zwar ebenfalls antiparallel, jedoch sind diese in der einen Orientierung stärker als in der anderen. Ferrite und Eisengranate gehören in diese Kategorie.

Nicht-kollineare Momente

Es gibt auch einige wenige Materialien, bei denen die magnetischen Momente weder parallel noch antiparallel, sondern in verschiedene Raumrichtungen weisen. Diese Substanzen verhalten sich ähnlich wie Antiferromagneten.

In allen Klassen gibt es verschiedene Erscheinungsformen. Elementare wellenartige Anregungen der magnetischen Ordnung werden als Magnonen bezeichnet. Die nötige Energie, um ein solches Magnon anzuregen, liegt weit unterhalb der Energie, die nötig wäre, um einen Spin gegen seine bevorzugte Richtung umzuklappen.

Die magnetische Ordnung wird oberhalb einer kritischen Temperatur zerstört. Bei Ferromagneten heißt diese Curie-Temperatur, bei Antiferromagneten Néel-Temperatur. Oberhalb ihrer jeweiligen Grenze verhalten sich die Stoffe paramagnetisch.

Unterschiede zwischen den verschiedenen Klassen gibt es bei allen Phänomenen, welche mit der magnetischen Ordnung zusammenhängen. So ist die magnetische Suszeptibilität unterhalb ihrer jeweiligen Schwellentemperatur wie auch die Dispersionsrelation für Magnonen grundverschieden.