Физический энциклопедический словарь - парамагнетизм

Существование у атомов (ионов) магн. моментов, обусловливающих П. в-в, может быть связано с движением эл-нов в оболочке атома (орбитальный П.), со спиновым моментом самих эл-нов (спиновый П.), с магн. моментами ядер атомов (ядерный парамагнетизм). Магн. моменты атомов, ионов, молекул создаются в осн. их эл-нами, чьи моменты примерно в тысячу раз превосходят маги. моменты ат. ядер (см. Магнетон).

П. металлов слагается в осн. из спинового П., свойственного эл-нам проводимости (т. н. п а р а м а г н е т и з м П а у л и), и П. электронных оболочек атомов (ионов), составляющих крист. решётку металла. Поскольку движение эл-нов проводимости металлов практически не меняется при изменении темп-ры, П., обусловленный эл-нами проводимости, от темп-ры не зависит. Поэтому, напр., щелочные и щёлочноземельные металлы, у к-,рых электронные оболочки ионов лишены магн. момента, а П. обусловлен исключительно эл-нами проводимости, обладают магн. восприимчивостью, не зависящей от темп-ры. В в-вах, в к-рых нет эл-нов проводимости, магн. моменты электронных оболочек атомов скомпенсированы, магн. моментом обладает лишь ядро (напр., у изотопа гелия ³Не) и П. крайне мал (~10^-9—10^-12), он может наблюдаться лишь при сверхнизких температурах (Т ~ 0,1 К).

Парамагн. восприимчивость диэлектриков, согласно классич. теории П. Ланжевена (1906), определяется ф-лой ^д = N²a/3kT, где N — число парамагн. атомов в 1 моле в-ва, a — магн. момент атома. Эта ф-ла была получена методами статистической физики для системы практически не взаимодействующих атомов, находящихся в с л а б о м магн. поле или при в ы с о к о й темп-ре (когда aH <<kT). В сильных магн. полях или при н и з к и х темп-pax (когда aH>>kT) намагниченность парамагн. диэлектриков стремится к Na (насыщение). Квант. теория П., учитывающая квантование пространственное момента a (франц. физик Л. Бриллюэн, 1926), в случае восприимчивости ^д диэлектриков приводит к ф-ле (при aH<<kT): ^д=Nj(j+1)²ag²j/ЗkT, где j — квант. число, определяющее полный момент импульса атома, gj — Ланде множитель. Парамагн. восприимчивость 1 моля полупроводников ^п, обусловленная эл-нами проводимости, в простейшем случае зависит от темп-ры Т экспоненциально ^пэ=AT^1/2exp(-ξ/2kT), где А — константа в-ва, ξ — ширина запрещённой зоны ПП. Особенности индивидуального строения ПП сильно искажают эту зависимость. Для металлов (без учёта Ландау диамагнетизма и вз-ствия эл-нов) ^мэ=3N²э/2ξ0, где ξ0 — энергия Ферми, э — магн. момент эл-на, ^мэ не зависит от темп-ры. Парамагнитными могут быть и хим. соединения, содержащие ионы, не обладающие магн. моментом в осн. состоянии. В них П. связан с квантовомеханич. поправками, обусловленными примесью возбуждённых состояний с магн. моментом. Такой П. (п а р а м а г н е т и з м В а н Ф л е к а) не зависит от темп-ры (пример — ионы Eu³⁺ ).

Яд. П. при отсутствии сильного вз-ствия между спинами ядер и электронными оболочками атомов характеризуется величиной я=N²я/3kT (я — магн. момент ядра), к-рая прибл. в 10⁶ раз меньше электронной парамагн. восприимчивости (э~10³я). Исследование П. в-в, а также электронного парамагнитного резонанса позволяет определять магн. моменты отд. атомов, ионов, молекул, ядер, изучать строение сложных молекул и мол. комплексов, а также осуществлять тонкий структурный анализ материалов, применяемых в технике. Парамагн. в-ва используют для получения сверхнизких темп-р (ниже 1 К, см. Магнитное охлаждение).

• Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Д о р ф м а н Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; А б р а г а м А., Ядерный магнетизм, пер. с англ.,

517

М., 1963; Киттель Ч., Введение в физику твердого тепа, пер. с англ., М., 1978.

Я, Г. Дорфман.