Парамагнетизм (від пара ... і магнетизм ), властивість тіл, поміщених в зовнішнє магнітне поле, намагнічуватися (набувати магнітний момент ) в напрямі, співпадаючому з напрямом цього поля. Т. о., усередині парамагнітного тіла (парамагнетика) до дії зовнішнього поля додається дія такою, що виникла намагніченості J . В цьому відношенні П. протилежний діамагнетизму, при якому виникає в телі під дією поля магнітний момент орієнтований назустріч напряму напруженості зовнішнього магнітного поля Н . Тому парамагнітні тіла притягуються до полюсів магніта (звідки назва «П.»), а діамагнітниє — відштовхуються. Характерною для парамагнетиків властивістю намагнічуватися по полю володіють також феромагнетики і антиферомагнетики . Проте у відсутність зовнішнього поля намагніченість парамагнетиків дорівнює нулю і вони не володіють магнітною структурою (взаємною впорядкованою орієнтацією магнітних моментів атомів), тоді як при Н = 0 ферро- і антиферомагнетики зберігають магнітну структуру. Термін «П.» ввів в 1845 М. Фарадей, який розділив всі речовини (окрім феромагнітних) на діа- і парамагнітних. П. характерний для речовин, частки якого (атоми, молекули, іони, ядра атомів) володіють власним магнітним моментом але у відсутність зовнішнього поля ці моменти орієнтовані хаотично, так що J = 0. У зовнішньому полі магнітні моменти атомів парамагнітних речовин орієнтуються переважно по полю. У слабких полях намагніченість парамагнетиків зростає із зростанням поля згідно із законом J = з Н, де c — магнітна сприйнятливість 1 благаючи речовини, для парамагнетиків завжди позитивна і зазвичай рівна по порядку величини 10 -5 — 10 -3 . Якщо поле дуже велике, то всі магнітні моменти парамагнітних часток орієнтуються строго по полю (досягається магнітне насичення). З підвищенням температури Т при незмінній напруженості поля зростає дезорієнтуюча дія теплового руху часток і магнітна сприйнятливість убуває — в простому випадку по Кюрі закону з = С/Т ( З — постійна Кюрі, залежна від природи речовини). Відхилення від закону Кюрі (див. Кюрі — Вейс закон ) в основному пов'язані з взаємодією часток (впливом кристалічного поля). П. властивий: багатьом чистим елементам в металевому стані (лужні метали, лужноземельні метали, деякі метали перехідних груп з незаповненим d -слоєм або f- шаром електронної оболонки — групи заліза, паладію, платини, рідкоземельних елементів, актиноїдів ; а також сплави цих металів); солям групи заліза, групи рідкоземельних елементів від Ce до Yb і актиноїдів і їх водних розчинів; парам лужних металів і молекулам газів (наприклад, O 2 і NO); невеликому числу органічних молекул («бірадикалам»); ряду комплексних з'єднань . Парамагнетиками стають ферро- і антиферомагнітні речовини при температурах, що перевищують, відповідно, температуру Кюрі або Нєєля (температуру фазового переходу в парамагнітний стан).
Існування в атомів (іонів) магнітних моментів, що обумовлюють П. речовин, може бути пов'язано з рухом електронів в оболонці атома (орбітальний П.), з моментом спину самих електронів (П. спину), з магнітними моментами ядер атомів (ядерний П.). Магнітні моменти атомів, іонів, молекул створюються в основному моментами спинів і орбітальних їх електронних оболонок. Вони приблизно в тисячу разів перевершують магнітні моменти атомних ядер (див. Магнетон ). П. металів складається в основному з П., властивого електронам провідності (так званий парамагнетизм Паулі), і П. електронних оболонок атомів (іонів) кристалічної решітки металу. Оскільки рух електронів провідності металів практично не міняється при зміні температури, П., обумовлений електронами провідності, від температури не залежить. Тому, наприклад, лужні і лужноземельні метали, в яких електронні оболонки іонів позбавлені магнітного моменту, а П. обумовлений виключно електронами провідності, володіють магнітною сприйнятливістю, не залежною від температури. У тих речовинах, в яких немає електронів провідності і магнітним моментом володіє лише ядро (наприклад, в ізотопу гелію 3 He), П. украй малий (c~10 -9 —10 -12 ) і може спостерігатися лише при наднизьких температурах ( Т < 0,1К). Парамагнітна сприйнятливість діелектриків, згідно класичної теорії П. Ланжевена (1906), визначається формулою з = Nm а 2 /3kt, де N — число магнітних атомів в 1 молі речовини, m а — магнітний момент атома, до — Больцмана постійна . Ця формула була отримана методами статистичної фізики для системи практично не взаємодіючих атомів, що знаходяться в слабкому магнітному полі або при високій температурі (коли m аН << kt ) . Вона дає теоретичне пояснення Кюрі закону . У сильних магнітних полях або при низьких температурах m а H >> kt ) намагніченість парамагнітних діелектриків прагне до Nm а 2 (до насичення). Квантова теорія П., що враховує квантування просторове моменту m а (Л. Бріллюен, 1926), дає аналогічне вираження для сприйнятливості (діелектриків (при m а H << kt ) : з =NJ ( J + 1) m а 2 g j 2 /3 кТ , де J — квантове число, що визначає повний момент кількості руху атома, gj — Ланде множник . Парамагнітна сприйнятливість напівпровідників c п е , обумовлена електронами провідності, в простому випадку залежить від температури Т експоненціально
c п е = АТ 1/2 exp (—D E/ 2 kt ), де А — константа речовини, D Е — ширина забороненої зони напівпровідника. Особливості індивідуальної будови напівпровідників сильно спотворюють цю залежність. У простому випадку для металів (без врахування Ландау діамагнетизму і взаємодії електронів) c м-код е = 3nm 2 е /2e про , де Eo — Фермі енергія, mе — магнітний момент електрона (c м-код е не залежить від температури). Ядерний П. за відсутності сильного взаємодії між спинами ядер і електронними оболонками атомів характеризується величиною c я = Nm 2 я \3kT, яка приблизно в 10 6 раз менше електронної парамагнітної сприйнятливості (m е ~10 3 m я ). Вивчення П. різних речовин, а також електронного парамагнітного резонансу (резонансного поглинання парамагнетиками енергії електромагнітного поля) дозволяє визначати магнітні моменти окремих атомів, іонів, молекул, ядер, вивчати будову складних молекул і молекулярних комплексів, а також здійснювати тонкий структурний аналіз матеріалів, вживаних в техніці. У фізиці парамагнітні речовини використовують для здобуття наднизьких температур (нижче 1 До див.(дивися) Магнітне охолоджування ) . Історію розвитку учення о П. див.(дивися) в ст. Магнетизм .
Літ.: Вонсовський С. Ст, Магнетизм мікрочасток, М., 1973; його ж, Магнетизм, М., 1971; Дорфман Я. Р., Магнітні властивості і будова речовини, М., 1955; Абрагам А., Ядерний магнетизм. пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1963; Киттель Ч., Введення у фізику твердого тіла, пер.(переведення) з англ.(англійський), 2 видавництва, М., 1963; Фізика магнітних діелектриків, Л., 1974.
