Ferromagnetismo, Ferroelectricidad y Propiedades de los Materiales: Análisis Detallado

Ciclo de Histéresis en Materiales Ferromagnéticos y Ferroeléctricos

Materiales Ferromagnéticos

Al aplicar un campo magnético sobre un material, este se perturba y se imana. Si la interacción es tal que los momentos individuales ordenados se suman para dar lugar a un momento macroscópico no nulo, incluso en ausencia de campo magnético aplicado, se dice que el material es ferromagnético.

Ciclo de Histéresis Ferromagnético

Cuando a un material ferromagnético se le aplica un campo magnético creciente (Bap), su imantación crece desde 0 hasta la saturación (Ms), ya que todos los dominios magnéticos están alineados. Si Bap se hace decrecer gradualmente hasta anularlo, la imantación no decrece del mismo modo, ya que la reorientación de los dominios no es completamente reversible, dejando una imantación remanente (Mr). El material se ha convertido en un imán permanente. Si invertimos Bap, conseguiremos anular la imantación con un campo magnético coercitivo (Bc). El resto del ciclo se consigue aumentando de nuevo el campo aplicado. Este efecto de no reversibilidad se llama ciclo de histéresis.

Materiales Ferroeléctricos

Un material ferroeléctrico es un material que retiene la polarización una vez que se retira el campo, es por esto por lo que se produce un ciclo en estos materiales llamado ciclo de histéresis, que consiste en que el material tiene sus dipolos desalineados hasta que se le añade un campo y los alinea. Cuando este campo desaparece, los dipolos continúan alineados. Para volver a desordenarlos, tendremos que aplicarle un campo contrario y, si este campo está tiempo suficiente, los dipolos se volverán a alinear en sentido contrario, y así sucesivamente.

Curva Esfuerzo-Deformación: Monocristal vs. Policristal

Monocristales

En un monocristal no existirían fronteras de grano, ya que estaría compuesto por un solo grano, lo que no favorece la existencia de dislocaciones, imperfecciones e impurezas (ya que es un material frágil). Esto conlleva que, al aplicarle un esfuerzo de tracción, la deformación sería muy pequeña a medida que aumentemos la tensión hasta que alcance la rotura.

Policristales

En un policristal, conforme le aplicamos la tensión, comienza a deformarse elásticamente y, debido a las fronteras de grano, dislocaciones e imperfecciones que tiene un material de este tipo, la deformación es mayor conforme aumenta la tensión e incluso puede disminuir la tensión conforme aumenta la deformación hasta que se produce la rotura. En todos los valores de deformación, el metal policristalino es más resistente que el metal monocristalino.

Diferencia entre Materiales Diamagnéticos y Paramagnéticos

Un material diamagnético es aquel en el que, cuando aparece un campo sobre él, este induce un dipolo sobre cada átomo influyendo en su momento magnético causado por los electrones. El momento magnético creado es inverso al campo, por lo que la magnetización es negativa y la permeabilidad es casi la unidad.

La diferencia con los materiales paramagnéticos es que estos se alinean en la misma dirección del campo y la magnetización es positiva, por lo tanto, la permeabilidad es casi nula. La alineación se pierde al retirar el campo.