Diamagnetisme dan Paramagnetisme

Bahkan tanpa tatanan magnetik, material merespons medan yang diterapkan: diamagnet menginduksi arus yang menentang medan secara lemah, sementara paramagnet tertarik karena momen yang ada sebagian sejajar.

Definition

Diamagnetisme adalah magnetisasi lemah yang tidak bergantung pada suhu yang menentang medan yang diterapkan, muncul dari perubahan yang diinduksi medan dalam gerakan orbital elektronik; paramagnetisme adalah magnetisasi paralel terhadap medan yang dihasilkan oleh penyelarasan parsial momen magnetik atom atau elektron konduksi yang sudah ada sebelumnya.

Scope

Topik ini mencakup respons magnetik non-kooperatif materi: diamagnetisme Langevin dan Larmor dari arus orbital terinduksi, paramagnetisme Curie dari momen terlokalisasi yang mengikuti hukum Curie, dan paramagnetisme Pauli dari elektron konduksi yang ditentukan oleh kerapatan keadaan pada tingkat Fermi, bersama dengan diamagnetisme Landau dari gas elektron. Ini menetapkan suseptibilitas magnetik dan ketergantungan suhunya sebagai dasar dari mana tatanan magnetik yang digerakkan oleh pertukaran menyimpang.

Core questions

• Bagaimana arus orbital terinduksi memberikan respons diamagnetik pada setiap material?
• Mengapa suseptibilitas paramagnetik momen terlokalisasi mengikuti hukum Curie secara berbanding terbalik dengan suhu?
• Mengapa paramagnetisme Pauli elektron konduksi hampir tidak bergantung pada suhu?
• Bagaimana berbagai kontribusi bergabung untuk memberikan suseptibilitas terukur dari padatan nyata?

Key concepts

• Suseptibilitas magnetik
• Diamagnetisme Larmor dan Langevin
• Paramagnetisme hukum Curie dari momen terlokalisasi
• Paramagnetisme Pauli dari elektron konduksi
• Diamagnetisme Landau dari gas elektron

Key theories

Hukum Curie tentang paramagnetisme

Untuk momen magnetik terlokalisasi yang tidak berinteraksi, persaingan antara penyelarasan medan dan gangguan termal menghasilkan suseptibilitas yang berbanding terbalik dengan suhu, hukum Curie, yang merupakan perilaku pembatas di atas transisi tatanan magnetik apa pun.

Paramagnetisme Pauli

Dalam logam, hanya elektron konduksi di dekat permukaan Fermi yang dapat mengorientasi ulang dalam medan, sehingga suseptibilitas paramagnetiknya ditentukan oleh kerapatan keadaan pada tingkat Fermi dan hampir tidak bergantung pada suhu, tidak seperti respons Curie dari momen terlokalisasi.

Clinical relevance

Pengukuran suseptibilitas mendiagnosis karakter magnetik material, mengungkapkan perilaku momen lokal versus intineran dan kerapatan keadaan dalam logam; diamagnetisme dan paramagnetisme juga mendasari levitasi magnetik, kontras dalam pencitraan resonansi magnetik, dan kalibrasi instrumen magnetik.

History

Pierre Curie menetapkan hukum eksperimental suseptibilitas paramagnetik pada tahun 1890-an; Langevin memberikan teori klasik dia- dan paramagnetisme pada tahun 1905, dan perlakuan kuantum Pauli tahun 1927 tentang paramagnetisme elektron konduksi, diikuti oleh diamagnetisme Landau, melengkapi gambaran untuk logam.

Key figures

• Pierre Curie
• Paul Langevin
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• blundell2001
• ashcroft1976

Frequently asked questions

Apakah semua material menunjukkan diamagnetisme?

Ya; respons orbital terinduksi yang menghasilkan diamagnetisme bersifat universal, tetapi sangat lemah dan biasanya tertutupi dalam material yang juga memiliki momen paramagnetik atau tatanan magnetik, yang memberikan kontribusi yang lebih besar dan berlawanan.

Mengapa paramagnetisme Pauli jauh lebih lemah daripada paramagnetisme Curie?

Dalam logam, prinsip Pauli menghalangi sebagian besar elektron konduksi untuk mengorientasi ulang; hanya sebagian kecil di dekat permukaan Fermi yang dapat merespons, sehingga suseptibilitasnya jauh lebih kecil dan hampir tidak bergantung pada suhu dibandingkan dengan momen terlokalisasi yang dapat berorientasi bebas.