顺磁性

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顺磁性是一种磁性形式,某些材料被外部施加的磁场弱吸引,并在施加的磁场方向上形成内部感应磁场。与此行为相反,抗磁性材料会被磁场排斥,并在与外加磁场方向相反的方向上形成感应磁场。顺磁性材料包括大部分化学元素和一些化合物;它们的相对磁导率略大于1(即较小的正磁化率),因此会被磁场吸引。由施加的场引起的磁矩与场强呈线性关系并且相当弱。它通常需要灵敏的分析天平来检测这种影响,而现代对顺磁性材料的测量通常使用...

顺磁性

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顺磁性是一种磁性形式,某些材料被外部施加的磁场弱吸引,并在施加的磁场方向上形成内部感应磁场。 与此行为相反,抗磁性材料会被磁场排斥,并在与外加磁场方向相反的方向上形成感应磁场。 顺磁性材料包括大部分化学元素和一些化合物; 它们的相对磁导率略大于 1(即较小的正磁化率),因此会被磁场吸引。 由施加的场引起的磁矩与场强呈线性关系并且相当弱。 它通常需要灵敏的分析天平来检测这种影响,而现代对顺磁性材料的测量通常使用 SQUID 磁力计进行。

顺磁性是由于材料中存在不成对的电子,因此大多数原子轨道未完全填充的原子是顺磁性的,尽管存在铜等例外。 由于它们的自旋,未成对的电子具有磁偶极矩并且像微小的磁铁一样起作用。 外部磁场导致电子自旋平行于磁场排列,从而产生净吸引力。 顺磁性材料包括铝、氧、钛和氧化铁 (FeO)。 因此,化学中使用一个简单的经验法则来确定粒子(原子、离子分子)是顺磁性还是抗磁性:如果粒子中的所有电子都配对,则由该粒子构成的物质是抗磁性的; 如果它有不成对的电子,则该物质是顺磁性的。

与铁磁体不同,在没有外部施加磁场的情况下,顺磁体不会保持任何磁化,因为热运动会随机化自旋方向。 (一些顺磁性材料即使在xxx零时也保持自旋无序,这意味着它们在基态下是顺磁性的,即在没有热运动的情况下。)因此,当施加的磁场被移除时,总磁化强度降至零。 即使存在磁场,也只有很小的感应磁化强度,因为只有一小部分自旋会被磁场定向。 该分数与场强成正比,这解释了线性相关性。 铁磁材料所经历的吸引力是非线性的并且更强,因此很容易观察到,例如,冰箱磁铁和冰箱本身的铁之间的吸引力。

与电子自旋的关系

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顺磁性材料的组成原子或分子具有xxx磁矩(偶极子),即使在没有施加场的情况下也是如此。 xxx力矩通常是由于原子或分子电子轨道中不成对电子的自旋引起的(参见磁矩)。 在纯顺磁性中,偶极子彼此不相互作用,并且由于热搅动而在没有外部场的情况下随机取向,导致净磁矩为零。 当施加磁场时,偶极子将倾向于与施加的场对齐,从而在施加场的方向上产生净磁矩。 在经典描述中,这种对齐可以理解为由于外加场在磁矩上提供的扭矩而发生,这试图使偶极子平行于外加场对齐。 然而,排列的真正起源只能通过自旋和角动量量子力学特性来理解。

如果相邻偶极子之间有足够的能量交换,它们将相互作用,并可能自发地对齐或反对齐并形成磁畴,分别导致铁磁性(永磁体)或反铁磁性。 在高于其居里温度的铁磁材料和高于其尼尔温度的反铁磁体中也可以观察到顺磁行为。 在这些温度下,可用的热能简单地克服了自旋之间的相互作用能。

一般来说,顺磁效应非常小:大多数顺磁体的磁化率在 10−3 到 10−5 的数量级,但对于合成顺磁体(如铁磁流体)可能高达 10−1。

顺磁性

离域化

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在导电材料中,电子是离域的,也就是说,它们或多或少地以自由电子的形式穿过固体。 电导率可以在能带结构图中理解为由能带的不完全填充引起的。在普通的非磁性导体中,自旋向上和自旋向下电子的导带相同。 当施加磁场时,由于自旋向上和自旋向下电子的磁势能不同,导带分裂为自旋向上和自旋向下带。由于费米能级必须相同 乐队,这意味着将会有少量剩余的类型。

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  1. 顺磁性
  2. 与电子自旋的关系
  3. 离域化

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