El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Algunos materiales conocidos presentan propiedades magnéticas detectables fácilmente, como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones, que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo, todos los materiales son influenciados, en mayor o menor medida, por la presencia de un campo magnético.
A continuación se explica qué ocurre en el interior de los materiales (a nivel microscópico) para que sea posible que adquieran propiedades magnéticas.
Lo primero que se debe tener claro es que el magnetismo se origina por el movimiento de la carga eléctrica básica, es decir, el electrón.
Las propiedades magnéticas macroscópicas de los materiales son consecuencia de los momentos magnéticos que poseen los electrones individualmente. En los átomos los electrones tiene momentos magnéticos que se originan de dos formas distintas.
La primera está relacionada con su movimiento orbital alrededor del núcleo Figura 1. En su movimiento orbital (de traslación), el electrón se puede considerar como un pequeño circuito cerrado de corriente que genera un débil campo magnético con un momento magnético asociado en la dirección del eje de rotación, por tanto, se puede considerar como una espira circular por la que circula una corriente eléctrica debida a un único electrón.
Figura 1: El movimiento orbital del electrón es similar al que realizan las cargas en una espira recorrida por una corriente.
La segunda causa por la que los electrones generan un momento magnético, también denominado spin, es su giro sobre su propio eje (de rotación), cuya dirección y sentido se indican en la siguiente figura.
Figura 2: El electrón, al rotar sobre si mismo, crea un momento magnético.
En cualquier caso, el dipolo magnético o momento magnético debido al spin del electrón se denomina el magnetón de Bohr (mB = 9.27 x 10E-24 A*m²), que puede ser positivo o negativo dependiendo del sentido de giro del electrón. En una capa atómica completa, los electrones están emparejados con electrones de spin opuesto, proporcionando un momento magnético neto nulo (Figura 3). Por esta razón, los materiales compuestos de átomos que tienen sus orbitales o capas completas no se pueden magnetizar de forma permanente.
Figura 3: En las capas llenas los momentos de los electrones se anulan mutuamente.
En cuanto a los electrones que no están en los orbitales, los denominados electrones libres, decir que su papel dentro del magnetismo no es menos importante, ya que al moverse dentro de la estructura del material pueden generar un campo magnético o verse influenciados por cualquier campo externo que se les aplique.
El momento magnético total generado por un átomo es la suma neta de todos los momentos magnéticos creados por cada uno de sus electrones. En el caso de un átomo con orbitales electrónicos o suborbitales electrónicos completos, el momento magnético total es, en general, nulo. En cuanto a los átomos con orbitales electrónicos incompletos tienen un momento magnético no nulo y su magnitud depende del número de electrones impares.
La diferencia en la configuración de los electrones de los materiales determina su naturaleza magnética.
