物质的顺磁性属于磁无序结构。从原子结构的角度,这类物质中的原子、离子或者分子具有固有磁矩,但这些磁矩之间没有交换作用,或者其交换作用能量与热扰动能量相比可以忽略,因此在热运动支配下,各个磁矩在空间的取向既不固定也不相关,整体上呈现为空间无规排列,不能形成自发的磁有序结构。只有在外界磁场作用下,按照统计分布,沿磁场方向有一定的磁矩分量。顺磁性材料包括过渡族金属和稀土元素的绝缘化合物、有机化合物中的自由基,以及少数顺磁性气体(如一氧化氮、氧气)等。
在外磁场中,顺磁性物质的磁化强度的方向与磁场强度
相同,磁化率
为正值,数值为10−6~10−3量级。顺磁磁化率与温度、外磁场强度的依赖关系可用朗之万函数或者布里渊函数描述;在高温近似下,磁化率
为仅依赖于温度
的常数,即符合居里定律:
。其中,
为居里常数。在实际中,通常以磁化率与温度之间的关系是否满足居里定律作为顺磁性的判据,由居里常数可测定原子的有效磁矩
,即
,其中
为玻耳兹曼常数,
为单位体积内的磁性原子(或分子)数。
一些材料中的磁矩之间虽有交换作用,如铁磁和亚铁磁材料,但在温度高于居里温度的情况下,其磁化率随温度的变化遵从居里-外斯定律:。其中
称为材料的顺磁居里温度,对于铁磁性交换作用,其值为正(
);对于反铁磁性交换作用,其值为负(
)。