Diamagnetismo y Paramagnetismo

Incluso sin orden magnético, los materiales responden a un campo aplicado: los diamagnéticos se oponen débilmente a él a través de corrientes inducidas, mientras que los paramagnéticos son atraídos a medida que sus momentos existentes se alinean parcialmente.

Definition

El diamagnetismo es una magnetización débil e independiente de la temperatura que se opone a un campo aplicado, que surge de los cambios inducidos por el campo en el movimiento orbital electrónico; el paramagnetismo es una magnetización paralela al campo producida por la alineación parcial de momentos magnéticos atómicos o de electrones de conducción preexistentes.

Scope

Este tema cubre las respuestas magnéticas no cooperativas de la materia: el diamagnetismo de Langevin y Larmor a partir de corrientes orbitales inducidas, el paramagnetismo de Curie de momentos localizados que siguen la ley de Curie, y el paramagnetismo de Pauli de electrones de conducción determinado por la densidad de estados en el nivel de Fermi, junto con el diamagnetismo de Landau del gas de electrones. Establece la susceptibilidad magnética y su dependencia de la temperatura como la línea de base de la que parte el orden magnético impulsado por el intercambio.

Core questions

• ¿Cómo las corrientes orbitales inducidas dan a cada material una respuesta diamagnética?
• ¿Por qué la susceptibilidad paramagnética de los momentos localizados sigue la ley de Curie en proporción inversa a la temperatura?
• ¿Por qué el paramagnetismo de Pauli de los electrones de conducción es casi independiente de la temperatura?
• ¿Cómo se combinan las diversas contribuciones para dar la susceptibilidad medida de un sólido real?

Key concepts

• Susceptibilidad magnética
• Diamagnetismo de Larmor y Langevin
• Paramagnetismo de ley de Curie de momentos localizados
• Paramagnetismo de Pauli de electrones de conducción
• Diamagnetismo de Landau del gas de electrones

Key theories

Ley de Curie del paramagnetismo

Para momentos magnéticos localizados no interactuantes, la competencia entre la alineación del campo y el desorden térmico da una susceptibilidad inversamente proporcional a la temperatura, la ley de Curie, que es el comportamiento límite por encima de cualquier transición de ordenamiento magnético.

Paramagnetismo de Pauli

En un metal, solo los electrones de conducción cercanos a la superficie de Fermi pueden reorientarse en un campo, por lo que su susceptibilidad paramagnética está determinada por la densidad de estados en el nivel de Fermi y es casi independiente de la temperatura, a diferencia de la respuesta de Curie de los momentos localizados.

Clinical relevance

Las mediciones de susceptibilidad diagnostican el carácter magnético de los materiales, revelando el comportamiento de momento local frente al itinerante y la densidad de estados en los metales; el diamagnetismo y el paramagnetismo también subyacen a la levitación magnética, el contraste en la resonancia magnética y la calibración de instrumentos magnéticos.

History

Pierre Curie estableció la ley experimental de la susceptibilidad paramagnética en la década de 1890; Langevin formuló la teoría clásica del dia- y paramagnetismo en 1905, y el tratamiento cuántico de Pauli de 1927 del paramagnetismo de los electrones de conducción, seguido por el diamagnetismo de Landau, completó el panorama para los metales.

Key figures

• Pierre Curie
• Paul Langevin
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• blundell2001
• ashcroft1976

Frequently asked questions

¿Todos los materiales muestran diamagnetismo?

Sí; la respuesta orbital inducida que produce el diamagnetismo es universal, pero es muy débil y generalmente se enmascara en materiales que también tienen momentos paramagnéticos u orden magnético, los cuales dan contribuciones mayores y opuestas.

¿Por qué el paramagnetismo de Pauli es mucho más débil que el paramagnetismo de Curie?

En un metal, el principio de Pauli impide que la mayoría de los electrones de conducción se reorienten; solo la pequeña fracción cercana a la superficie de Fermi puede responder, por lo que la susceptibilidad es mucho menor y casi independiente de la temperatura en comparación con los momentos localizados libremente orientables.