Diamagnetismo e Paramagnetismo

Mesmo sem ordem magnética, os materiais respondem a um campo aplicado: os diamagnetos opõem-se fracamente a ele através de correntes induzidas, enquanto os paramagnetos são atraídos à medida que seus momentos existentes se alinham parcialmente.

Definition

Diamagnetismo é uma magnetização fraca e independente da temperatura que se opõe a um campo aplicado, surgindo de mudanças induzidas pelo campo no movimento orbital eletrônico; paramagnetismo é uma magnetização paralela ao campo produzida pelo alinhamento parcial de momentos magnéticos atômicos ou de elétrons de condução preexistentes.

Scope

Este tópico abrange as respostas magnéticas não cooperativas da matéria: diamagnetismo de Langevin e Larmor a partir de correntes orbitais induzidas, paramagnetismo de Curie de momentos localizados seguindo a lei de Curie, e paramagnetismo de Pauli de elétrons de condução determinado pela densidade de estados no nível de Fermi, juntamente com o diamagnetismo de Landau do gás de elétrons. Ele estabelece a suscetibilidade magnética e sua dependência da temperatura como a linha de base da qual a ordem magnética impulsionada pela troca se desvia.

Core questions

• Como as correntes orbitais induzidas conferem a todo material uma resposta diamagnética?
• Por que a suscetibilidade paramagnética de momentos localizados segue a lei de Curie em proporção inversa à temperatura?
• Por que o paramagnetismo de Pauli dos elétrons de condução é quase independente da temperatura?
• Como as várias contribuições se combinam para fornecer a suscetibilidade medida de um sólido real?

Key concepts

• Suscetibilidade magnética
• Diamagnetismo de Larmor e Langevin
• Paramagnetismo de lei de Curie de momentos localizados
• Paramagnetismo de Pauli de elétrons de condução
• Diamagnetismo de Landau do gás de elétrons

Key theories

Lei de Curie do paramagnetismo

Para momentos magnéticos localizados não interativos, a competição entre o alinhamento do campo e a desordem térmica resulta em uma suscetibilidade inversamente proporcional à temperatura, a lei de Curie, que é o comportamento limitante acima de qualquer transição de ordenamento magnético.

Paramagnetismo de Pauli

Em um metal, apenas os elétrons de condução próximos à superfície de Fermi podem se reorientar em um campo, de modo que sua suscetibilidade paramagnética é determinada pela densidade de estados no nível de Fermi e é quase independente da temperatura, ao contrário da resposta de Curie de momentos localizados.

Clinical relevance

Medidas de suscetibilidade diagnosticam o caráter magnético dos materiais, revelando o comportamento de momento localizado versus itinerante e a densidade de estados em metais; o diamagnetismo e o paramagnetismo também fundamentam a levitação magnética, o contraste na ressonância magnética e a calibração de instrumentos magnéticos.

History

Pierre Curie estabeleceu a lei experimental da suscetibilidade paramagnética na década de 1890; Langevin forneceu a teoria clássica do dia- e paramagnetismo em 1905, e o tratamento quântico de Pauli de 1927 do paramagnetismo de elétrons de condução, seguido pelo diamagnetismo de Landau, completou o quadro para os metais.

Key figures

• Pierre Curie
• Paul Langevin
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• blundell2001
• ashcroft1976

Frequently asked questions

Todos os materiais exibem diamagnetismo?

Sim; a resposta orbital induzida que produz o diamagnetismo é universal, mas é muito fraca e geralmente é mascarada em materiais que também possuem momentos paramagnéticos ou ordem magnética, que fornecem contribuições maiores e opostas.

Por que o paramagnetismo de Pauli é muito mais fraco que o paramagnetismo de Curie?

Em um metal, o princípio de Pauli impede que a maioria dos elétrons de condução se reoriente; apenas a pequena fração próxima à superfície de Fermi pode responder, de modo que a suscetibilidade é muito menor e quase independente da temperatura em comparação com momentos localizados livremente orientáveis.