ПАРАМАГНЕ́ТИК

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).