Dominios de Weiss

Los espines electrónicos, los cuales forman los componentes magnéticos elementales de la materia, están parcialmente alineados en paralelo en los sólidos ferromagnéticos incluso en estado desmagnetizado (es decir, cuando el material no es magnético) y no están distribuidos de forma completamente aleatoria.
Así pues, en los materiales ferromagnéticos siempre hay áreas de unas décimas de milímetro en las que los espines electrónicos están alineados en paralelo entre sí. Estas áreas se denominan «dominios de Weiss» (en honor al físico Pierre-Ernest Weiss). Un campo magnético externo hace que muchos dominios pequeños se fusionen en dominios más grandes y que la magnetización del sólido se pueda medir desde el exterior. Los espines electrónicos alineados en paralelo son los responsables del campo magnético macroscópico medible.

Los espines no suelen estar alineados en paralelo en su conjunto, sino solo dispuestos en paralelo dentro de los grupos. Por tanto, la alineación de los espines entre los distintos grupos no es paralela en la mayoría de los casos. El área de un ferromagneto en la que los espines están alineados en paralelo se denomina «dominio de Weiss». Estos dominios están separados entre sí por las llamadas «paredes de Bloch».

Hacer visibles los dominios de Weiss

El fenómeno de los dominios de Weiss puede ilustrarse en un modelo macroscópico. Para ello, se debe observar un conjunto de agujas de brújula instaladas sobre una placa de forma que puedan girar. Si las agujas están lo suficientemente cerca unas de otras como para que el campo magnético de las agujas próximas se influya mutuamente, se genera un estado en el que las agujas se alinean en paralelo en determinadas zonas. El campo de una aguja alinea las demás agujas.
Sin embargo, es extremadamente raro que todas las agujas se alineen en paralelo. Normalmente hay un límite de área tras el cual se puede encontrar un grupo orientado de manera divergente, como se muestra en la siguiente figura.

En un modelo de este tipo, todas las agujas pueden alinearse mediante un campo magnético externo. Debido a la influencia de la temperatura (movimiento de las agujas) o a la influencia mecánica del exterior (golpes en la tabla), grupos enteros de agujas cambian su orientación simultáneamente. Esto sucede por la interacción mutua de las agujas, como ocurre con los espines electrónicos, a menudo de forma brusca para todo un grupo.

Este comportamiento brusco también puede observarse directamente en los espines electrónicos. Esto se denomina «efecto Barkhausen».

El cambio de disposición de todo un dominio de Weiss (efecto Barkhausen) provoca un cambio en el campo magnético que puede hacerse audible mediante un amplificador y un altavoz. El efecto Barkhausen se perciben como un breve chasquido en el altavoz.

Las paredes de Bloch también pueden hacerse visibles en el experimento añadiendo una suspensión de partículas ferromagnéticas microscópicas (p. ej., polvo de hierro) sobre el material ferromagnético. El polvo se acumula a lo largo de los límites de varios dominios de Weiss (véase fig.). Esto puede observarse directamente en el microscopio.

Al principio, no resulta sorprendente que los espines de electrones próximos interactúen y formen dominios de Weiss como las agujas, pues los momentos magnéticos de los espines se influyen mutuamente y, por tanto, se podría suponer que el campo magnético de un espín influye en el campo magnético de un espín próximo. Esto es lo que ocurre en el modelo de las agujas.
Sin embargo, se puede demostrar que esta fuerza magnética es demasiado reducida como para explicar la fuerte estabilización de los espines frente al movimiento térmico en los ferromagnetos. La interacción de intercambio es, en su lugar, la principal responsable de la interacción mutua de los espines y de la formación de dominios de Weiss en el ferromagneto.