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抗磁性

/diamagnetism/
最后更新 2022-12-23
浏览 216
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组成物质的原子中运动的电子在外磁场中受电磁感应而表现出的一种内禀属性,是与电子自旋(磁矩)无关的量子力学效应,属于磁无序结构。

英文名称
diamagnetism
所属学科
物理学

抗磁性物质的磁化曲线为过坐标原点的第二、四象限直线,磁化率为负值,即相对磁导率小于1.0,而且一般与温度无关。在实际中,通常以磁化率数值的符号及其与温度之间的关系作为抗磁性的判据。

本质上任何在外加磁场中运动的带电粒子,如果其运动方向与外加磁场的方向不平行,都将因所受到的洛伦兹力作用而产生额外的与外磁场方向相反的感生磁矩,体现为抗磁特性。因此所有物质都具有抗磁性,但大多数物质的抗磁性均被其顺磁性所掩盖,只有一小部分物质表现出可被直接检测的抗磁性,如外层电子为满壳层的惰性气体。一些离子的抗磁性只能从其他测量结果中推算得到。

对于被束缚在原子核周围的局域电子而言,外加磁场使电子轨道动量矩绕磁场进动,产生与磁场方向相反的附加磁矩,通常称为朗之万抗磁性,原子的抗磁磁化率为很小的负值(10−6~10−5量级)。理论分析表明,具有闭壳层的原子抗磁磁化率的绝对值与原子序数成正比,并与外层电子的轨道半径的平方成正比,与温度的变化无关,称为正常抗磁性。少数材料(如铋、锑)的比较大(可达10-4~10-3量级),且随温度变化而变化,称为反常抗磁性。早年曾用铋做测量磁场的传感器材料。

对于传导电子或者自由电子,其抗磁性与温度无关,称为朗道抗磁性。电子的抗磁磁化率为顺磁磁化率的1/3,始终被掩盖不易测量。利用金属的抗磁磁化率随磁场的变化具有振荡特征的德哈斯-范阿尔芬效应,可以测量金属的费米面。

当超导体处于迈斯纳态时,因迈斯纳电流而呈现的抗磁性常被称为理想的抗磁性,即超导体内部的净磁通密度为零,抗磁磁化率为−1,相对磁导率为零。

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