ПАРАМАГНЕ́ТИК
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ПАРАМАГНЕ́ТИК, вещество, намагничивающееся во внешнем магнитном поле в направлении поля, но не обладающее магнитным упорядочением. В П. парамагнетизм преобладает над диамагнетизмом. При помещении П. во внешнее неоднородное магнитное поле он втягивается в область более сильного поля. П. относятся к слабомагнитным веществам; их парамагнитная восприимчивость положительна и мала (порядка 10–3– 10–5). В слабом магнитном поле и при не очень низкой темп-ре (т. е. вдали от условий магнитного насыщения или проявления осцилляционных эффектов, см. Де Хааза – ван Альвена эффект) восприимчивость П. не зависит от величины напряжённости поля. К классическим (ланжевеновским) П., температурная зависимость которых описывается Кюри законом, относятся все газы, атомы или ионы которых обладают отличным от нуля результирующим магнитным моментом (напр., щелочные или переходные металлы в газообразном состоянии, O2, NO2, NO, S2, Cl2O).
П. являются жидкие растворы солей переходных и редкоземельных металлов, а также кристаллы соединений этих элементов, обладающие ионной и неполярной связями, при условии, что магнитно-активные ионы слабо взаимодействуют друг с другом и их ближайшее окружение в конденсиров. фазе слабо влияет на их парамагнетизм. Типичными представителями этого класса П. являются гидратированные соли РЗЭ, напр. Pr2(SO4)3·8H2O, Gd2(SO4)3·8H2O. Их магнитные свойства определяются магнитными моментами незаполненной 4f-оболочки, которая экранирована от взаимодействия с соседними атомами, заполненными внешними 5s- и 5p-оболочками ионов.
В парамагнитных диэлектрич. соединениях переходных металлов группы Fe, Pd и Pt [напр., NH4Fe(SO4)2·12H2O, KCr(SO4)2·12H2O] может наблюдаться т. н. замораживание орбитального момента атомов внутрикристаллическим полем. Электроны незаполненных 3d-, 4d- и 5d-оболочек атомов переходных металлов менее экранированы, чем электроны 4f-оболочки, и внутрикристаллич. поле может частично или полностью снимать вырождение осн. энергетич. уровня магнитного иона. Тогда ср. значения проекций орбитального момента электронов на любую ось становятся равными нулю; т. о., в формировании магнитного момента иона принимает участие только спин иона. Согласно теореме Крамерса, у атомов (ионов) с полуцелым значением спина всегда остаётся по крайней мере двукратное вырождение, снимаемое только во внешнем магнитном поле. В этом случае парамагнитная восприимчивость будет подчиняться закону Кюри. Спин-орбитальное взаимодействие может частично снимать «замораживание» орбитального момента.
Вещества, содержащие парамагнитные ионы с синглетным осн. состоянием (Eu3+, Sm3+, Pr3+, Tm3+, Tb3+, Ho3+), относятся к поляризационным, или ванфлековским, П. (напр., интерметаллич. соединения PrNi5, PrСr6, LiTmF4). Их парамагнитная восприимчивость не зависит от темп-ры.
Большинство непереходных металлов (все щелочные металлы, щёлочноземельные металлы, за исключением Bi и Al, а также сплавы этих металлов) проявляют Паули парамагнетизм. К паулиевским П. относятся также переходные металлы и их сплавы, напр. Pd, Pt, Sc, Ti, V, восприимчивость которых даже при комнатной темп-ре обычно на 1–2 порядка больше, чем у непереходных металлов. Для некоторых переходных металлов уменьшение магнитной восприимчивости с ростом темп-ры следует Кюри – Вейса закону, для других (напр., V, Ta) – отклоняется от этого закона, а, напр., для Mo, наоборот, восприимчивость растёт с увеличением темп-ры. В общем случае температурные зависимости восприимчивости переходных металлов и их сплавов весьма разнообразны и сложны.
Парамагнитными свойствами обладает ряд органич. соединений, напр. стабильные нитроксильные радикалы (RR′–N–Ȯ). Их применяют в качестве спиновых меток и парамагнитных зондов в экологии и медицине.
П. становятся все ферро- и антиферромагнитные вещества при темп-рах выше темп-ры фазового перехода в парамагнитное состояние.
Существуют также ядерные П., напр. 3He при сверхнизких темп-рах (< 0,1 К).
П. применяют в магнитном охлаждении до сверхнизких температур, в квантовой электронике и при исследовании веществ (см. Электронный парамагнитный резонанс, Ядерный магнитный резонанс).