La magnetización espontánea es la aparición de un estado de espín ordenado ( magnetización ) en un campo magnético aplicado cero en un material ferromagnético o ferrimagnético por debajo de un punto crítico llamado temperatura de Curie o T C .
Calentados a temperaturas superiores a T C , los materiales ferromagnéticos se vuelven paramagnéticos y su comportamiento magnético está dominado por ondas de espín o magnones , que son excitaciones colectivas de bosones con energías en el rango de meV. La magnetización que se produce por debajo de T C es un ejemplo de la ruptura "espontánea" de una simetría global , fenómeno que se describe mediante el teorema de Goldstone . El término "ruptura de simetría" se refiere a la elección de una dirección de magnetización por parte de los espines, que tienen simetría esférica por encima de T C , pero un eje preferido (la dirección de magnetización) por debajo de T C. [ cita necesaria ]
En una aproximación de primer orden, la dependencia de la temperatura de la magnetización espontánea a bajas temperaturas viene dada por la ley de Bloch T 3/2 : [1] : 708
donde M(0) es la magnetización espontánea en el cero absoluto . La disminución de la magnetización espontánea a temperaturas más altas es causada por la creciente excitación de las ondas de espín . En una descripción de partículas, las ondas de espín corresponden a magnones, que son los bosones de Goldstone sin masa correspondientes a la simetría rota . Esto es exactamente cierto para un imán isotrópico.
La anisotropía magnética , es decir la existencia de una dirección fácil según la cual los momentos se alinean espontáneamente en el cristal, corresponde sin embargo a magnones "masivos". Esta es una forma de decir que excitar cuestan una cantidad mínima de energía, por lo que es muy poco probable que se exciten tanto . Por lo tanto, la magnetización de un imán anisotrópico es más difícil de destruir a baja temperatura y la dependencia de la magnetización con la temperatura se desvía correspondientemente de la ley de Bloch T 3/2 . Todos los imanes reales son anisotrópicos hasta cierto punto.
Cerca de la temperatura de Curie,
donde β es un exponente crítico que depende de la clase de universalidad de la interacción magnética. Experimentalmente el exponente es 0,34 para el hierro y 0,51 para el níquel . [2]
Una interpolación empírica de los dos regímenes viene dada por
es fácil comprobar dos límites de esta interpolación que siguen leyes similares a la ley de Bloch, para , y el comportamiento crítico, para , respectivamente.
