El estudio de los fenómenos de magnetización en materiales muestra efectos macroscópicos que reconocen su origen en la mecánica cuántica, utilizada para describir los sistemas microscópicos.
Algunos medios materiales magnéticos no se comportan frente a campos magnéticos externos, como se espera en física clásica. La respuesta parece hallarse en efectos introducidos por el comportamiento cuántico de sus componentes microscópicos.
El magnetismo que observamos en un medio material tiene su origen microscópico en el comportamiento magnético de los átomos que lo constituyen. Cada átomo se comporta como un pequeño imán, capaz de ejercer fuerzas sobre otros imanes y de ser a su vez afectado por ellos. Se dice que cada átomo tiene asociado un momento magnético. Cada elemento químico tiene un momento magnético (que incluso puede ser nulo) producido por los momentos magnéticos de las partículas más elementales que lo constituyen (protones, neutrones, electrones). Describir un medio material en las condiciones accesibles en un laboratorio no es, sin embargo, complicado dado que no es necesario tener en cuenta todos los detalles, sino que es suficiente considerar la contribución de los electrones de la capa externa de cada átomo.
En el caso de materiales con estructura cristalina, en el cual cada átomo ocupa un lugar determinado en una red periódica, y que además no son conductores eléctricos, todos los electrones están fuertemente ligados a los núcleos atómicos y no hay posibilidad de desplazamiento. En ellos los momentos magnéticos, igual que la aguja de una brújula, pueden cambiar de orientación según el campo magnético externo en el cual se encuentren inmersos. En tanto el comportamiento que se observa en estos sistemas se deba exclusivamente a la orientación de los momentos, se dice que el material es un sistema puramente magnético. Un modelo útil para describir estos sistemas magnéticos es el modelo de Heisenberg, en el cual los momentos magnéticos están localizados en los sitios de una red periódica que representa la estructura cristalina del material y se usan como variables relevantes las orientaciones de los momentos magnéticos individuales. En este, como en cualquier otro sistema físico, el material adoptará la configuración (conjunto de orientaciones de sus momentos magnéticos individuales) de menor energía posible.
D. C. Cabra
M. D. Grynberg
