順磁性

順磁性（paramagnetism）是指材料對磁場回響很弱的磁性。如用磁化率 k=M/H 來表示（M和H分別為磁化強度和磁場強度），從這個關係來看，磁化率k是正的，即磁化強度的方向與磁場強度的相同，數值為10^－6—10^－3量級。

一些原子核（如1H，7Li，11B，13C，17O等以及中子）具有磁矩，在磁場作用下會產生順磁性，但其順磁磁化率比電子對順磁性的貢獻小得多，只有10－6—10－10量級。因而在討論物質的順磁性時，可不計及核的順磁性。

基本介紹

• 中文名：順磁性
• 外文名：paramagnetism
• 學科：電磁學
• 磁化率：正值
• 遵循：居里定律、居里－外斯定率
• 公式：κ=C/T

簡介

順磁性（paramagnetism）是指材料對磁場回響很弱的磁性。如用磁化率k=M/H來表示（M和H分別為磁化強度和磁場強度），從這個關係來看，磁化率k是正的，即磁化強度的方向與磁場強度的相同，數值為10^－6—10^－3量級。

一些原子核（如1H，7Li，11B，13C，17O等以及中子）具有磁矩，在磁場作用下會產生順磁性，但其順磁磁化率比電子對順磁性的貢獻小得多，只有10－6—10－10量級。因而在討論物質的順磁性時，可不計及核的順磁性。

理論詮釋

從原子結構來看，組成順磁性物體的原子、離子或分子具有未被電子填滿的內殼層，這類材料的原子、離子或分子中存在固有磁矩，因其相互作用遠小於熱運動能，磁矩的取向無規，使材料不能形成自發磁化。在經典理論中，磁矩在磁場中可取任意方向。所有這些材料中的原子或離子在磁場作用下所產生的磁矩都很小。如許多過渡金屬和稀土元素的絕緣化合物，有機化合物中的自由基，以及少數順磁性氣體（如NO，O₂），在一般情況下磁化率隨溫度的變化遵從居里定律：κ=C/T，式中C稱為居里常數，T為溫度。

順磁性的微觀解釋

一些材料中的磁矩雖有交換作用，如鐵磁和亞鐵磁材料，但在高於居里溫度情況下的磁化率隨溫度的變化遵從居里－外斯定率：κ=C/(T－T_P)。式中T_P稱為材料的順磁居里溫度。對於鐵磁性物質交換作用為正，T_P>0；對於反鐵磁性物質交換作用為負，T_P<0。

一些材料（如鹼金屬）不具有自發磁化，外層電子之間不存在交換作用，但它們在磁場中會產生感生磁矩，而具有較弱的順磁性。范弗萊克的量子理論指出，這是不對稱原子或分子的電子云極化所致，並不隨溫度改變。這類性質稱范弗萊克順磁性。

在磁場作用下，正自旋和負自旋的傳導電子具有不同的能量，這就導致在費米面附近有少量的傳導電子自旋倒向，從而產生微弱的順磁性效應。金屬中自由電子會感生順磁性，稱之為泡利順磁性。用簡單的能帶模型可計算出順磁磁化率 k=C/(T－T_P)=3nμ_B²/E_F，E_F為費米能級。因此，一般情況下泡利順磁性與溫度無關，在溫度很高情況，它隨T²增大而降低。

超順磁性微滴在超疏水表面可逆、無損失輸運

一些過渡金屬和稀土金屬及其合金中，其巡遊的磁性電子之間雖有一定的交換作用，但作用強度還未能達到斯托納增強條件，即UN(E_F)≯1，式中U為電子關聯作用能，N(E_F)為費米面態密度，因而不具備自發磁化，但順磁性較大一些，稱為交換增強順磁性。

典型實例

典型的順磁性氣體是O₂，常見的順磁體有過渡金屬的鹽類、稀土金屬的鹽類及氧化物。溫度高於磁轉變溫度時，序磁性（見鐵磁性）物質也呈現為順磁性，如室溫情況下除釓（Gd）以外的稀土金屬。

鐵磁流體表現順磁性

金屬如鋰（Li）、鈉（Na）等，這些順磁性金屬的磁化率與溫度無關，可以用量子力學解釋。

技術套用

順磁性有其重要的套用，從順磁物質的順磁性和順磁共振可以研究其結構，特別是電子組態結構；利用順磁物質的絕熱去磁效應可以獲得約1—10^－3K的超低溫度；順磁微波量子放大器是早期研製和套用的一種超低噪聲的微波放大器，促進了雷射器的研究和發明，在生命科學中，如血紅蛋白和肌紅蛋白在未同氧結合時為順磁性，同氧結合後轉變為抗磁性，這兩種弱磁性的相互轉變反映了生物體內的氧化還原過程 ，其磁性研究成為生命現象的一種方法；目前醫學上從核磁共振成像技術發展到電子順磁共振成像技術，可以顯示生物體內順磁物質（如血紅蛋白和自由基等）的分布和變化，此外某些測氧儀利用了順磁性的原理。

順磁共振波譜儀

熱順磁性氧氣分析儀

鹼金屬元素和除鐵、鈷、鎳以外的過渡元素都具有順磁性。