Orsaken till ferromagnetism

Jag har försökt att lära mig varför ferromagnetism uppstår på nätet men jag har lite problem. Såhär har jag lärt mig rätta mig gärna om jag har fel:
När en orbital i en atom överlappar en annan orbital från en annan atom stöts dom ifrån varandra för att dom är lika laddningar. Då vill dom ha så olika orbitaler som möjligt och det gör så att dom får samma spinn enligt pauliprincipen. Sen efter det får alla elektroner helt plötsligt i materialet samma spinn p.g.a termiska fluktioner.

För det första förstår jag inte spinn grejen. Pauliprincipen tillåter ju att elektronerna har alla kvanttal olika så varför behöver spinnet vara lika? Sen förstår jag verkligen inte hur plötsligt hela ämnet blev magnetiskt pga att lite "exhange energy". Hittar inte heller någon mer detaljerad förklaring på det steget.

Är det specifikt grundämnet järns magnetism du undrar över ?

Nej jag tänker mer generellt för ferromagnetism. Men skulle gärna veta ett exempel som med järn

Just "Ferro" i Ferro magnetism indikerar ju järn/stål då ferro just står för järn.
Så jag antar att du menar magnetism rent allmänt. Neodymmagneter är ju lite speciella och väldigt kraftiga. Det vore väldigt intressant om vi kunde få fram ett än mer magnetiskt material, Då det kan öppna mycket nya användningsområden och göra ex motorer mer energisnåla.

Mycket förenklat uppstår magnetism i material på två olika sätt, men båda beror på obalanser i antalet elektroner med spinn upp respektive ner. Dels kan det vara de lokaliserade elektronerna som fylls på olika i upp och ner beroende på om JJ-kopplingen (orbitalmomentet och spinnmomentet kopplas till ett relativistiskt totalmoment J innan dessa i sin tur kopplas) eller LS-kopplingen (här kopplas alla L och S för sig) är starkast. Det tidigare sker i tyngre atomer som t.ex. lantanider och aktinider. Hunds regler ger då att en spinnkanal fylls först innan den andra börjar fyllas på. Det är därför vi hittar väldigt bra material till permanentmagneter i mitten av 4f-serien. I det senare fallet fylls de på jämt för att det helt enkelt minimerar energin genom den stora LS-termen.

I 3d-serien bestäms de magnetiska egenskaperna istället av de itineranta elektronerna, nära Fermi-nivån. Som du mycket riktigt påpekar kan utbytestermen göra det energimässigt fördelaktigare att fylla på en spinnkanal först (utbytestermen i Hamiltonianen får olika tecken om spinnen är parallella eller antiparallella) så det den ena spinnkanalen förskjuts neråt i energi och innehåller därför fler tillstånd upp till Fermi-nivån. Om det så kallade Isingvillkoret är uppfyllt är obalansen energetiskt stabil och materialet blir ferromagnetiskt.

Tillägg: det absolut bästa magnetiska materialet både med avseende på styrka och högsta arbetstemperatur är PuFe2, men av förståeliga skäl kommer vi aldrig hitta sådana magneter i våra elbilsmotorer...