Grundlagen magnetischer Datenaufzeichnung

Magnetfelder im Vakuum lassen sich physikalisch relativ einfach beschreiben. Komplizierter wird es, wenn man Metalle oder Keramiken in das Magnetfeld bringt, weil diese Substanzen das Magnetfeld verändern. Man unterscheidet drei Arten von Magnetismus:

Diamagnetismus	Alle Substanzen sind im Prinzip diamagnetisch, nur wird dieser Effekt durch den häufig vorkommenden Paramagnetismus überdeckt. Bringt man eine diamagnetische Substanz (z.B. Wasserstoff, Silber) in ein Magnetfeld ein, schwächt sie das Magnetfeld geringfügig ab. Reiner Diagmagnetismus tritt nur bei Substanzen auf, die keine ungepaarten Elektronen haben. Der Diagmagnetismus ist (im Gegensatz zum Para- und Ferromagnetismus) vollkommen temperaturunabhängig.
Paramagnetismus	Bestimmte Atome und Moleküle besitzen mindestens ein ungepaartes Elektron in ihrer Hülle; dadurch tritt Paramagnetismus auf. Bringt man eine paramagnetische Substanz (z.B. Aluminium, flüssiger Sauerstoff) in ein Magnetfeld ein, verstärkt die Substanz das vorhandene Magnetfeld geringfügig. Ursache dafür ist die Ausrichtung der Atome durch das äußere Magnetfeld. Je höher die Temperatur ist, desto schwächer wird der Effekt, weil die Wärmebewegung der Atome die Ausrichtung mit zunehmender Temperatur stört. Dia- und Paramagnetismus ist gemeinsam, dass die Magnetisierung der Atome von der Existenz eines äußeren Magnetfelds abhängig ist. Schaltet man das Magnetfeld ab, so verschwindet auch die Eigenmagnetisierung der Substanz. Dia- und paramagnetische Substanzen erzeugen also kein beständiges eigenes Magnetfeld und sind deshalb für eine dauernde Aufzeichnung von Daten ungeeignet.
Ferromagnetismus	Der bekannteste Vertreter der ferromagnetischen Substanzen ist Eisen. Bei ihnen existieren mikroskopisch kleine Bereiche (sie enthalten Milliarden von Atomen), die vollständig magnetisiert sind (d.h. die Atome in diesen Bereichen sind ausgerichtet). Diese Bereiche heißen Domänen oder Weiß'sche Bezirke. Normalerweise sind die Weiß'schen Bezirke statistisch ausgerichtet, wodurch sich makroskopisch ihre Wirkung kompensiert — die Substanz erscheint nach außen unmagnetisch. Bringt man einen ferromagnetischen Körper in ein Magnetfeld, richten sich fast alle Domänen nach dem externen Feld aus und können es auf diese Weise millionenfach verstärken. Für die Datenaufzeichnung wichtig ist die Remanenz: ferromagnetische Substanzen bleiben nach dem Abschalten des äußeren Magnetfelds weiter magnetisch.

Auf dem Prinzip des Ferromagnetismus basieren die meisten technischen Anwendungen; alle magnetischen Datenaufzeichnungen, wie Tonband, Magnetband, Magnetkarte, Diskette oder Festplatte, benützen ferromagnetische Substanzen.

Üblicherweise stellt man ein Bit durch einen Bereich dar, der homogen in einer Richtung magnetisiert ist. Dieser Bereich muss mindestens so groß wie eine Domäne sein. Das magnetische Feld zum Magnetisieren des Bereichs wird dabei meist durch einen kleinen Elektromagneten in einem Schreib-/Lesekopf eines Magnetband-, Disketten- oder Festplattenlaufwerks erzeugt. Die Weiß'schen Bezirke innerhalb des Bereichs richten sich also entsprechend dem erzeugten Magnetfeld aus, es wird z.B. eine "Eins" gespeichert. Durch Umpolen des Magnetfelds werden die Bezirke ebenfalls ausgerichtet, jetzt in die andere Richtung; es wird eine "Null" gespeichert.