Kollektiver Magnetismus

In Abschnitt 10.2 ist das Modell unabhängiger magnetischer Momente oder Spins betrachtet worden. Tatsächlich werden magnetischeMomente sich aber gegenseitig beeinflussen, und diese Wechselwirkung zwischen den Momenten kann Anlaß zu Phasenübergängen geben, d. h. zu verschiedenen Typen von magnetischer Ordnung bei hinreichend tiefen Temperaturen. Besonders wichtig ist der Ferromagnetismus z. B. von Eisen, der im Alltag vielfältige Anwendung findet. Naiv könnte man sich vorstellen, dass die gegenseitige Beeinflussung zwischen den magnetischen Momenten über die Dipol-Dipol-Wechselwirkung zustande kommt: Ein magnetisches Moment spürt das von dem anderenMoment erzeugteMagnetfeld (Dipol-Feld) und die Momente richten sich dann z.B. parallel aus, wie es etwa in Demonstrationsmodellen aus Magnetnadeln der Fall ist. Man kann jedoch leicht abschätzen, dass die Dipol-Dipol-Wechselwirkung zwischen atomaren magnetischen Momenten viel zu schwach ist, um Effekte wie magnetische Ordnung mit den richtigen Größenordnungen für die kritische Temperatur erklären zu können. Es muss daher ein anderer Mechanismus existieren, eine effektiveWechselwirkung zwischen atomaren magnetischen Momenten zu vermitteln. Ein möglicher Mechanismus soll hier besprochen werden, nämlich die Austauschwechselwirkung, die ja letztlich auf das quantenmechanische Prinzip der Ununterscheidbarkeit identischer Teilchen zurückführbar ist und somit ein reiner Quanteneffekt ist, der kein klassisches Analogon hat.