O di amagn etism o é uma fo rma m uito fraca d e m agn eti smo que é n ão perm an ent e e qu e p ersist e som ent e enq uan to um camp o ex terno est á sendo apli cado . E le é ind u zido atrav és d e um a alt eração no m ovim ent o o rbit al dos el étrons d evi do à apli cação de um camp o magnét ico. A magnit ud e do momento m agnético induzid o é ex trem am ent e p eq uena, e em um a direção opost a àqu ela do campo q u e foi apl icad o , con fo rm e mo stra a Fi gura 3.1 0.
Fi gura 3 .10 A con fi gu ração do d ipol o atômi co para um mat eri al diam agnético com e sem a p res en ça de u m campo m agn éti co. Na au sência de um camp o ex tern o, não ex istem dip ol os; n a p resença d e um camp o, s ão induzid os dipol os qu e est ão al inh ad os em direção opo sta à di reção d o cam po.
D ess a fo rm a, a p ermeabili dade rel ati va, Zr, é meno r qu e a unidade
(entret ant o, ap en as um po uco meno r), e a su scep tibili d ad e m agn éti ca é
negati va; isto é, a magnitu de do campo B n o int erior de um sól ido
diam agnético é m en o r do q ue no v ácuo. A Fi gura 3. 11 mo stra a rep res ent ação esq uem áti ca dess e fenôm eno .
Fi gura 3. 11 Repres entação esqu em áti ca da d ensi d ad e do fl u x o, B, em fun ção d a fo rça do camp o m agnét ico, H, p ara materi ais di amagn éti cos , paramagn éti cos e ferrom agn éti cos.
3.6 Paramagnetismo
Para al guns m at eri ai s sólid os, cad a átom o poss ui um m om ent o dipo lo
perm an ent e em vi rtud e d e um cancel am ento i n compl et o dos mom entos
magnéti cos d o s pin do el étron e/ ou o rbit al. N a aus ên ci a de um campo magnéti co ex tern o, as ori en taçõ es dess es momentos m agn éti cos at ômi cos são al eat óri as , de t al modo qu e um a p eça do m at eri al n ão poss ui q u alqu er magnetiz ação m acro scó pica líqu id a o u glob al. Ess es dip olos at ômicos es tão livres para gi rar, e o param agn etis m o resu lta qu an do el es s e alin ham preferencial mente, atrav és d e rot ação, com um cam po ex terno, como est á mostrado na Fi gu ra 3 .12 ab aix o.
Fi gura 3. 12 A con fi guração do dip olo atômico com e sem u m cam po magnéti co ex terno p ara um m at erial p aramagnéti co.
Ess es di pol os m agn ético s s ão atu ad os in divid ual mente, s em qualqu er interação m útu a ent re dip olos ad jacent es. Uma vez que o s dip olos s e alinh am fracamente com o camp o ex terno, eles o aum ent am, d and o ori gem a u ma
perm eabilid ad e rel at iva, Zr, qu e é m aio r d o q u e a u nid ad e, além d e um a
sus ceptibil id ad e m agnéti ca q ue, ap es ar d e rel ativ am ent e pequ ena, é po sitiv a. Tan to os m at eri ais diam agnéticos como os mat eri ais p aram agn éti co s são co nsi derado s n ão m agn éti cos, pois el es ex ibem magn et ização som ent e quando s e en cont ram na pres en ça d e um camp o ex t erno. Ain d a, p ara amb os o s mat eri ai s, a d en sid ade do flux o B no s eu interio r é q uase a mesm a qu e s eri a no v ácuo .
3.7 Ferromagnetismo
Certos mat eri ais met áli cos pos su em um m omento magnéti co
perm an ent e n a aus ênci a d e u m cam po ex terno e m ani fest am magnetizaçõ es muito grand es e perman ent es . Es sas s ão as carat erí sti cas do ferrom agn etism o,
e s ão ex ibid as p elos met ais d e transi ção ferro (como ferrit a aBCC ), co bal to,
níqu el e al gu ns dos m et ais t erras raras, co mo o g ado línio (Gd ).
ferrom agn éti cos. C o nsequ ent em ent e, H <<M, e, a p artir d a eq uação 3.7 , pod emos escrev er
⋅
≅ 0 (3. 10 )
Os mom ent os magn ético s perm an ent es n os mat eriais ferro magnéticos result am d os m omen tos m agn éti co s atôm icos d evid os aos spi ns do s elét ro ns (spi ns elet rô ni cos n ão can cel ados como cons eqü ên ci a d a estru tura el et rô nica). Ex iste t amb ém um a peq uen a cont ribu ição, s e comp arada co m a do mom ento magnéti co de s pin , do mom ent o magn ét ico o rbi tal . Além d o mais , em u m
mat eri al ferrom agn éti co, o p aream ent o de int eraçõ es faz com qu e o s
momentos m agnét icos de s pins lí quid os ou gl ob ais d e átom os adj acent es s e alin hem un s com o s out ro s, m esm o n a au sênci a de um campo ex terno . A fi gu ra 3 .13 ilu stra es quemati cam ent e i sso .
Fi gura 3.1 3 Ilus tração es qu em áti ca do alinh amento mút uo d e di pol os atômi co s p ara um mat eri al ferromagn ético , o qu al i rá ex istir mesmo na aus ên ci a de um camp o m agn éti co ex tern o.
A o ri gem des sas fo rças d e p aream ento n ão é co mpl etam ent e
com preendi da, mas acredit a s e qu e elas t em su a o ri gem na est rutu ra
regiõ es v olum ét ricas relati v ament e grandes do cri stal, co nheci das co mo domíni os.
A máx im a magn etiz ação pos sív el, o u m agn etiz ação de sat uração, Ms,
de um m at erial ferro magnéti co rep resent a a m agnet ização qu e resu lta qu and o todos os di pol os m agnéticos em um a p eça sól id a estão mut uament e alin hados
com o camp o ex tern o; ex iste t amb ém um a densid ad e d e flux o de s atu ração, Bs,
co rres pon dent e.
3.8 Ferrimagnetismo
Al gum as cerâm icas tamb ém ex ibem um a m agn etiz ação p erman ent e, con heci da po r ferri magneti smo . As característ icas m agn éti cas macros có picas dos ferromagn etos e dos ferrim agn etos s ão sem elh ant es ; a dist inção res id e na font e dos mom en tos magnéti cos lí qui dos.
3.9 Materiais Magnéticos
Os mat eriais mag néti co s são agrup ado s, geralm ent e, em três
catego rias:
• os diamagnéticos (χm < 0 ) ,
• os paramagnéticos (χm > 0 )
• e os ferromagnéticos (χm >> 0 ).
3.9.1 Materiais Diamagnéticos, χm < 0
Qu and o um mat eri al , tal como o bi smut o, é colo cado n a p res en ça d e um cam po m agnético ex tern o, a result ante da d ensi d ad e d o flux o m agnético den tro d o mat erial é reduzi da d rasti cament e. O s mom ento s magn éti co s n o interio r do mat eri al s ão ali nh ado s con tra o cam po ex terno .
Neste sentid o os mat eri ai s di am agn éti co s são caracterizad os, tamb ém, pel o fato d e qu e os átomos n ão p rod uzem um momento m agn ét ico p ermanent e. Ou, m ais ex at ament e, os efeit os d as mi cro co rrent es no in t eri or de u m dos átom os se anu lam , tal qu e o mom ento m agn éti co result ant e n o átom o é zero. Ness as ci rcun stânci as, q uando apli cam os um camp o magnéti co , pequ en as co rren tes s ão p ro du zidas no i nterio r do átomo p or in du ção magn éti ca. D e acordo co m a l ei de Lenz, ess as corrent es s ão t ais qu e se op õem ao cres cim ent o do camp o ex terno . Ent ão os momentos m agnético s induzid os no s átom os s erão n a di reção o post a ao campo magn éti co apli cado. Assi m, os momentos m agn éti co s ind uzido s n os át om os s erão n a di reção o post a ao cam po ex terno .
Para um m at eri al estrit am ent e di am agn éti co a p ermeab ilid ad e Zr é
tipicam ent e meno r d o qu e Zo na rel ação d e 1 p arte em 106.
3.9.2 Materiais Paramagnéticos, χm > 0
Qu and o um materi al , tal como a pl atin a, é col ocada n a p res en ça d e um camp o magn éti co ex terno , os mo ment os m agn éti co s do materi al s ão alin hados com o campo ex t erno, e o fl ux o de cam po den tro do m at eri al é aum ent ad o. A s linh as do campo m agn éti co ex t erno p enet ram no materi al faz end o co m qu e os dipol os magn éti cos do mat erial se alinh em co m a mesma direção do camp o. Em term os dos p arâm et ros m agn éti cos, os m ateri ais paramagn éti cos são caracteriz ados p ela magnetiz ação M n a mesm a di reção d e B. P ara est e ti po d e mat eri al , a uma tem peratu ra amb iente, a perm eabilid ad e Zr p od e ex ceder a Zo fat or d e 1 a 1 00 part es em 106.
Os m at eriais param agnéticos são caract erizados , t am bém , po r át omos que t êm um m omen to m agn éti co p ermanen te. Os m ovim ent os o rbi tai s d os el étrons e os s pins p rod uzem co rrent es ci rcul ares qu e s ão di ferent es d e z ero.
O param agn eti smo é co mpl et ament e in ex plicad o em termos d o
el etrom agn etis mo cl ássi co . Se a m agn etização d os m ateri ai s foss e atri buí da
soment e aos el étrons orbit an do nos átom o s, a parti r d a lei d e Lenz pod erí amos esp erar q ue t odo s o s mat eriai s s e co mp ort ariam com o os di am agn éti co s na
pres en ça de campo ex terno. A ori gem do paramagn etism o é o mom ent o magnéti co con st ant e as so ci ado com o s pin el et rôni co. C om o n ão ex ist e um con ceito cl ássi co eq uiv alent e ao spin (q uân tico) pod emo s afirm ar q u e est e fenôm en o só po d e s er ex plicad o com a aj uda d a t eo ria q u ânti ca.
3.9.3 Materiais Ferromagnéticos, χm > > 0
A p ro pri ed ad e p ecu liar d os m at eriais ferrom agn éti cos tai s co mo o ferro, níqu el e o cob alto é qu e a sus cetib ilidade m agn éti ca, a magnetiz ação e a perm eabili dade n ão s ão const ant es mas d ep end em , para um parti cul ar mat eri al , de su a his tori a m agn éti ca e t érm ica p ass ad a. To dos os m at eriai s ferrom agn éti cos s ão fo rt em ent e p aramag néti co s, co ntud o, no sentid o d e qu e um camp o ex tern o apli cado pod e aum entar s ensi velment e a d ensi dade de
flux o m agn éti co no interio r d o m at eri al . Por ex emp lo, a permeabili dade Zr
pod e ex ced er a Zo po r um fat or sup erio r a 103.
Os m at eri ai s ferrom agn éti co s t êm átom o s com mom entos magnéticos
perm an ent es. E ss es moment os magn ét icos est ão alinh ad os, mesmo em
aus ên ci a de um cam po m agn éti co ex t ern o. E ntret ant o a agit ação t érmica em temp eraturas s ufi ci entem ent e elevadas trans fo rma ess e tipo de mat erial em paramagn éti co. N os materi ais ferromag néti co s, d evido ao alin ham ento dos momentos m agn éti cos n o i nt eri or do mat eri al , est es p rod uzem um camp o magnéti co, m esm o em ausên cia d e campo ex tern o.