Парамагнетизм относится к свойству определенных материалов, которые слабо притягиваются к магнитным полям. При воздействии внешнего магнитного поля в этих материалах образуются внутренние индуцированные магнитные поля, которые упорядочены в том же направлении, что и поле. Как только приложенное поле убрано, материалы теряют свой магнетизм, поскольку тепловое движение рандомизирует ориентацию спина электрона.
Материалы, которые проявляют парамагнетизм, называются парамагнетиками. Некоторые соединения и большинство химических элементов являются парамагнитными при определенных обстоятельствах. Однако истинные парамагнетики проявляют магнитную восприимчивость согласно законам Кюри или Кюри-Вейсса и демонстрируют парамагнетизм в широком диапазоне температур. Примеры парамагнетиков включают координационный комплекс миоглобин, комплексы переходных металлов, оксид железа (FeO) и кислород (O2). Титан и алюминий являются металлическими элементами, которые являются парамагнитными.
Суперпарамагнетики - это материалы, которые показывают чистый парамагнитный отклик, но демонстрируют ферромагнитное или ферримагнитное упорядочение на микроскопическом уровне. Эти материалы соответствуют закону Кюри, но имеют очень большие константы Кюри.
Магнитные жидкости являются примером суперпарамагнетиков. Твердые суперпарамагнетики также известны как микромагниты. Сплав AuFe (золото-железо) является примером микромагнита. Ферромагнитно связанные кластеры в сплаве замерзают ниже определенной температуры.Как работает парамагнетизм
Парамагнетизм возникает в результате присутствия хотя бы одного непарного электрон вращаться в атомах или молекулах материала. Другими словами, любой материал, который имеет атомы с не полностью заполненными атомными орбиталями, является парамагнитным. Спин неспаренных электронов дает им магнитный дипольный момент. По сути, каждый неспаренный электрон действует как крошечный магнит внутри материала. При приложении внешнего магнитного поля спин электронов выравнивается с полем. Поскольку все неспаренные электроны выравниваются одинаково, материал притягивается к полю. Когда внешнее поле удалено, спины возвращаются в свои рандомизированные ориентации.
Намагниченность примерно следующая Закон Кюри, в котором говорится, что магнитная восприимчивость χ обратно пропорциональна температуре:
M = χH = CH / T
где M - намагниченность, χ - магнитная восприимчивость, H - вспомогательное магнитное поле, T - абсолютная (Кельвин) температура, а C - зависящая от материала постоянная Кюри.
Типы магнетизма
Магнитные материалы можно отнести к одной из четырех категорий: ферромагнетизм, парамагнетизм, диамагнетизм и антиферромагнетизм. Самая сильная форма магнетизма - ферромагнетизм.
Ферромагнитные материалы обладают достаточно сильным магнитным притяжением, чтобы их можно было почувствовать. Ферромагнитные и ферримагнитные материалы могут оставаться намагниченными со временем. Обычные магниты на основе железа и редкоземельные магниты проявляют ферромагнетизм.
В отличие от ферромагнетизма силы парамагнетизма, диамагнетизма и антиферромагнетизма слабы. При антиферромагнетизме магнитные моменты молекул или атомов выравниваются по схеме, в которой сосед спины электронов указывают в противоположных направлениях, но магнитное упорядочение исчезает выше определенного температура.
Парамагнитные материалы слабо притягиваются к магнитному полю. Антиферромагнитные материалы становятся парамагнитными выше определенной температуры.
Диамагнитные материалы слабо отталкиваются магнитными полями. Все материалы являются диамагнитными, но вещество обычно не обозначается как диамагнитное, если отсутствуют другие формы магнетизма. Висмут и сурьма являются примерами алмагнетиков.