Ferromagnetiska material är vanligtvis baserade på grundämnet järn och representerar en av de tre typerna av magnetism som finns i naturen, skild från diamagnetism och paramagnetism. De primära egenskaperna hos ferromagneter är att de uppvisar ett naturligt magnetiskt fält i avsaknad av att detta först utsätts för ämnet av en extern magnetfältkälla, och fältet är, för alla ändamål, permanent. Diamagnetiska material uppvisar däremot ett svagt, inducerat magnetfält som är direkt motsatt det som finns i järn. Paramagnetiska material inkluderar aluminium och platinametaller, som kan induceras att även ha ett litet magnetfält, men snabbt förlorar effekten när det inducerande fältet tas bort.
Det vanligaste materialet i naturen som uppvisar ferromagnetiska egenskaper är järn, och denna kvalitet har varit känd i över 2,000 XNUMX år. Andra sällsynta jordartsmetaller kan också uppvisa ferromagnetism, såsom gadolinium och dysprosium. Metaller som fungerar som ferromagnetiska legeringar inkluderar kobolt legerad med samariam eller neodym.
Magnetfältet i en ferromagnet är centrerat i atomområden där elektronsnurr är inriktade parallellt med varandra, så kallade domäner. Dessa domäner är starkt magnetiska, men ändå slumpmässigt utspridda över huvuddelen av själva materialet, vilket ger det en generellt svag eller neutral naturlig magnetism. Genom att ta sådana naturligt magnetiska fält och exponera dem för en extern magnetisk källa, kommer själva domänerna att anpassas och materialet kommer att behålla ett enhetligt, starkt och bestående magnetfält. Denna ökning av den allmänna magnetismen hos ett ämne kallas relativ permeabilitet. Förmågan hos järn och sällsynta jordartsmetaller att behålla denna inriktning av domäner och generell magnetism kallas hysteres.
Medan en ferromagnet behåller sitt fält när det inducerande magnetiska fältet avlägsnas, bibehålls det endast vid en bråkdel av den ursprungliga styrkan över tiden. Detta är känt som remanens. Remanens är viktig för att beräkna styrkan hos permanentmagneter baserade på ferromagnetism, där de används i industri- och konsumentprodukter.
En annan begränsning för alla ferromagnetenheter är att magnetismens egenskap helt förloras vid ett visst temperaturintervall som kallas Curie-temperaturen. När Curie-temperaturen överskrids för en ferromagnet växlar dess egenskaper till en paramagnets egenskaper. Curielagen om paramagnetisk känslighet använder Langevin-funktionen för att beräkna förändringen av ferromagnetiska till paramagnetiska egenskaper i kända materialsammansättningar. Förändringen från ett tillstånd till ett annat följer en förutsägbar, stigande, parabolisk kurva när temperaturen ökar. Denna tendens för ferromagnetism att försvagas och så småningom försvinna när temperaturen ökar kallas termisk agitation.
Det elektriska brum som hörs i en transformator utan rörliga delar beror på dess användning av en ferromagnet och kallas magnetostriktion. Detta är ett svar från ferromagneten på det inducerade magnetfältet som skapas av elektrisk ström som matas till transformatorn. Detta inducerade magnetiska fält gör att ämnets naturliga magnetfält ändrar riktning något för att passa in i det applicerade fältet. Det är ett mekaniskt svar i transformatorn på växelström (AC), som växlar vanligtvis i 60 hertz-cykler, eller 60 gånger per sekund.
Avancerad forskning med ferromagnetegenskaper har flera spännande potentiella tillämpningar. Inom astronomi designas en ferromagnetisk vätska som en form av vätskespegel som kan vara smidigare än glasspeglar och skapas till en bråkdel av kostnaden för teleskop och rymdsonder. Spegelformen kan också ändras genom att cykla magnetfältsmanöverdon med en kilohertz-cykler.
Ferromagnetism har också upptäckts i samverkan med supraledning i pågående forskning som utfördes 2011. En nickel- och vismutförening, Bi3Ni, konstruerad i nanometerskala, eller en miljarddels meter, uppvisar egenskaper som skiljer sig från samma förening i större prover. . Materialegenskaper i denna skala är unika, eftersom ferromagnetism vanligtvis upphäver supraledning, och dess potentiella användningsområden undersöks fortfarande.
Tysk forskning om halvledare byggda på en ferromagnet involverar föreningen galliummanganarsenik, GaMnAs. Denna förening är känd för att ha den högsta Curie-temperaturen av alla ferromagnethalvledare, på 212 ° Fahrenheit (100 ° Celsius). Sådana föreningar forskas som ett sätt att dynamiskt ställa in den elektriska ledningsförmågan hos supraledare.