抗磁性与顺磁性

即使没有磁序，材料也会对施加的磁场产生响应：抗磁体通过感应电流微弱地抵抗磁场，而顺磁体则因其现有磁矩的部分排列而被磁场吸引。

Definition

抗磁性是一种微弱的、与温度无关的磁化现象，它抵抗施加的磁场，源于磁场引起的电子轨道运动变化；顺磁性是一种与磁场平行的磁化现象，由预先存在的原子或传导电子磁矩的部分排列产生。

Scope

本主题涵盖物质的非协同磁响应：由感应轨道电流引起的朗之万抗磁性和拉莫尔抗磁性，遵循居里定律的局域磁矩的居里顺磁性，以及由费米能级态密度决定的传导电子的泡利顺磁性，以及电子气的朗道抗磁性。它确立了磁化率及其温度依赖性作为交换驱动磁序的基线。

Core questions

• 感应轨道电流如何使每种材料都产生抗磁响应？
• 为什么局域磁矩的顺磁磁化率遵循与温度成反比的居里定律？
• 为什么传导电子的泡利顺磁性几乎与温度无关？
• 各种贡献如何结合起来形成真实固体测得的磁化率？

Key concepts

• 磁化率
• 拉莫尔抗磁性与朗之万抗磁性
• 局域磁矩的居里定律顺磁性
• 传导电子的泡利顺磁性
• 电子气的朗道抗磁性

Key theories

居里顺磁定律

对于局域的非相互作用磁矩，磁场排列与热无序之间的竞争导致磁化率与温度成反比，即居里定律，这是任何磁有序转变之上的极限行为。

泡利顺磁性

在金属中，只有费米面附近的传导电子才能在磁场中重新取向，因此它们的顺磁磁化率由费米能级处的态密度决定，并且几乎与温度无关，这与局域磁矩的居里响应不同。

Clinical relevance

磁化率测量可以诊断材料的磁特性，揭示局域磁矩与巡游行为以及金属中的态密度；抗磁性和顺磁性也是磁悬浮、磁共振成像对比度以及磁性仪器校准的基础。

History

皮埃尔·居里在19世纪90年代建立了顺磁磁化率的实验定律；朗之万在1905年提出了抗磁性和顺磁性的经典理论，随后泡利在1927年对传导电子顺磁性进行了量子处理，紧接着朗道的抗磁性，完善了金属的磁性图景。

Key figures

• Pierre Curie
• Paul Langevin
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• blundell2001
• ashcroft1976

Frequently asked questions

所有材料都表现出抗磁性吗？

是的；产生抗磁性的感应轨道响应是普遍存在的，但它非常微弱，通常在同时具有顺磁矩或磁序的材料中被掩盖，因为后者会产生更大、相反的贡献。

为什么泡利顺磁性比居里顺磁性弱得多？

在金属中，泡利不相容原理阻止了大多数传导电子重新取向；只有费米面附近的一小部分才能响应，因此与自由取向的局域磁矩相比，其磁化率要小得多，并且几乎与温度无关。