Парамагнетики

Парамагне́тики (рос. парамагнетики, англ. paramagnets, paramagnetic materials, нім. Paramagnetika n pl) — речовини з невеликою позитивною магнітною сприйнятливістю, які у зовнішньому магнітному полі намагнічуються вздовж поля і дещо підсилюють його.

Загальна характеристика

Атоми парамагнетиків мають свій магнітний момент. Магнітна сприйнятливість парамагнетиків завжди додатня і лежить у діапазоні 10^-4 — 10^-7. До парамагнетиків належать:

• речовини, атоми або молекули яких мають непарне число електронів (Na, N);
• вільні атоми (йони) з недобудованою внутрішньою електронною оболонкою (елементи перехідної групи, їх солі і водні розчини,

комплексні сполуки перехідних елементів, рідкісні землі, актиніди, вільні радикали);

• багато лужних і лужноземельних металів, Al, Sc, V; кисень О₂, NO.
• Феромагнетики та антиферомагнетики при температурах, вищих від температур Кюрі та Нееля, відповідно.

Фізична природа парамагнетизму

Парамагнетизм спостерігається в речовинах, молекули яких мають власний магнетний момент. Магнетні диполі молекул при відсутності зовнішнього магнетного поля орієнтовані хаотично, тож сумарний магнетний момент будь-якої макроскопічної області в парамагнетику дорівнює нулю. Зовнішнє магнетне поле частково орієнтує магнетні диполі молекул, і тоді в речовині виникає макроскопічний магнетний момент за величиною пропорційний прикладеному полю.

Дія магнетного поля на речовину є релятивістьким ефектом, тобто пропорційна відношенню швидкості електронів до швидкості світла. Це мала величина, тож парамагнетна сприйнятливість теж мала.

Власні магнетні моменти молекул речовини зумовлені орбітальним рухом електронів (кутовим моментом) або неспареними спінами електронів. Парамагнетизм є свідченням існування таких моментів.

Згідно з класичною теорією парамагнетизму в слабких магнетних полях, коли $\mathbf{m} \cdot \mathbf{B} << k_BT$, де $\mathbf{m}$ — дипольний магнетний момент молекули, $\mathbf{B}$ — вектор індукції магнетного поля, $k_B$ — стала Больцмана, T — температура, магнетну сприйнятливість парамагнетика можна обрахувати за допомогою формули

$\chi = \frac{N \mathbf{m}^2}{3k_BT}$,

де N — кількість молекул в одиниці об'єму речовини.

Обернено-пропорційна залежність магнетної сприйнятливості від температури відома, як закон Кюрі.

Квантова теорія

У квантовій механіці проекція оператора магнетного моменту на напрямок магнетного поля приймає лише певні дискретні значення, і вклад магнетного поля в енергію молекули обчислюється за формулою

$E_m = g\mu_BmB \,$,

де g — g-фактор Ланде, μ_B — магнетон Бора, m — магнетне квантове число, B — індукція магнетного поля.

Дискретність магнетного моменту частки призводить до зміни магнетної сприйнятливості. Так, зокрема, для електрона із спіном 1/2 магнетна сприйнятливість в слабких полях втричі більша за класичну:

$\chi = \frac{N \mathbf{m}^2}{k_BT}$.

Див. також

• Діамагнетик
• Феромагнетик
• Феримагнетик
• Антиферомагнетик
• Парамагнетизм
• Антиферромагнетики
• Сперомагнетики
• Асперомагнетики
• Гелимагнетики
• Спиновые стёкла
• Миктомагнетики
• Сперимагнетики

Література

• Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.

Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.