順磁性
編輯順磁性是一種磁性形式,某些材料被外部施加的磁場弱吸引,并在施加的磁場方向上形成內部感應磁場。 與此行為相反,抗磁性材料會被磁場排斥,并在與外加磁場方向相反的方向上形成感應磁場。 順磁性材料包括大部分化學元素和一些化合物; 它們的相對磁導率略大于 1(即較小的正磁化率),因此會被磁場吸引。 由施加的場引起的磁矩與場強呈線性關系并且相當弱。 它通常需要靈敏的分析天平來檢測這種影響,而現代對順磁性材料的測量通常使用 SQUID 磁力計進行。
順磁性是由于材料中存在不成對的電子,因此大多數原子軌道未完全填充的原子是順磁性的,盡管存在銅等例外。 由于它們的自旋,未成對的電子具有磁偶極矩并且像微小的磁鐵一樣起作用。 外部磁場導致電子自旋平行于磁場排列,從而產生凈吸引力。 順磁性材料包括鋁、氧、鈦和氧化鐵 (FeO)。 因此,化學中使用一個簡單的經驗法則來確定粒子(原子、離子或分子)是順磁性還是抗磁性:如果粒子中的所有電子都配對,則由該粒子構成的物質是抗磁性的; 如果它有不成對的電子,則該物質是順磁性的。
與鐵磁體不同,在沒有外部施加磁場的情況下,順磁體不會保持任何磁化,因為熱運動會隨機化自旋方向。 (一些順磁性材料即使在xxx零時也保持自旋無序,這意味著它們在基態下是順磁性的,即在沒有熱運動的情況下。)因此,當施加的磁場被移除時,總磁化強度降至零。 即使存在磁場,也只有很小的感應磁化強度,因為只有一小部分自旋會被磁場定向。 該分數與場強成正比,這解釋了線性相關性。 鐵磁材料所經歷的吸引力是非線性的并且更強,因此很容易觀察到,例如,冰箱磁鐵和冰箱本身的鐵之間的吸引力。
與電子自旋的關系
編輯順磁性材料的組成原子或分子具有xxx磁矩(偶極子),即使在沒有施加場的情況下也是如此。 xxx力矩通常是由于原子或分子電子軌道中不成對電子的自旋引起的(參見磁矩)。 在純順磁性中,偶極子彼此不相互作用,并且由于熱攪動而在沒有外部場的情況下隨機取向,導致凈磁矩為零。 當施加磁場時,偶極子將傾向于與施加的場對齊,從而在施加場的方向上產生凈磁矩。 在經典描述中,這種對齊可以理解為由于外加場在磁矩上提供的扭矩而發生,這試圖使偶極子平行于外加場對齊。 然而,排列的真正起源只能通過自旋和角動量的量子力學特性來理解。
如果相鄰偶極子之間有足夠的能量交換,它們將相互作用,并可能自發地對齊或反對齊并形成磁疇,分別導致鐵磁性(永磁體)或反鐵磁性。 在高于其居里溫度的鐵磁材料和高于其尼爾溫度的反鐵磁體中也可以觀察到順磁行為。 在這些溫度下,可用的熱能簡單地克服了自旋之間的相互作用能。
一般來說,順磁效應非常小:大多數順磁體的磁化率在 10?3 到 10?5 的數量級,但對于合成順磁體(如鐵磁流體)可能高達 10?1。
離域化
在導電材料中,電子是離域的,也就是說,它們或多或少地以自由電子的形式穿過固體。 電導率可以在能帶結構圖中理解為由能帶的不完全填充引起的。在普通的非磁性導體中,自旋向上和自旋向下電子的導帶相同。 當施加磁場時,由于自旋向上和自旋向下電子的磁勢能不同,導帶分裂為自旋向上和自旋向下帶。由于費米能級必須相同 樂隊,這意味著將會有少量剩余的類型。
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