反磁性

反磁性的磁化率為負值，x約10～5。

所有物質都具有反磁性。在外磁場作用下，電子的軌道運動產生附加轉動(Larmor進動)，動量矩發生變化，產生與外磁場相反的感生磁矩，表現出反磁性。但在含有不成對電子的物質中被順磁磁化率（比反磁性大1～3個數量級）掩蓋。

基本介紹

• 中文名：反磁性
• 外文名：diamagnetism
• 含義：反磁性的磁化率為負值
• 隸屬：磁場

歷史

雖然早在1778年，S. J. Brugmans就發現了金屬鉍和金屬銻在磁場中存在某些抗磁性現象。但是直到1845年9月，麥可·法拉第發現在外在施加磁場中，所有天然物質擁有不同程度的抗磁性，抗磁性這個詞才正式在文獻中使用。

簡介

diamagnetism

因抗磁性產生磁浮熱解碳(pyrolytic carbon)

抗磁性是一些類別的物質，當處在外加磁場中，會對磁場產生的微弱斥力的一種磁性現象。

抗磁性的本質是電磁感應定律的反映。外加磁場使電子軌道動量矩發生變化，從而產生了一個附加磁矩，磁矩的方向與外磁場方向相反。在磁場作用下，電子圍繞原子核的運動是和沒有磁場時的運動一樣，但同時疊加了一項軌道平面繞磁場方向的進動，即拉莫爾進動。

大多數物質的抗磁性被其順磁性所掩蓋，只有一小部分物質表現出抗磁性。惰性氣體原子表現出的抗磁性可直接測量。一些離子的抗磁性只能從其他測量結果中推算得到。這些物質的k抗的絕對值與原子序數Z成正比，並與外層電子的軌道半徑的平方成正比，與溫度的變化無關，稱為正常抗磁性。少數材料（如Bi，Sb）的k抗比較大，隨溫度上升變化較快，稱為反常抗磁性。早年曾用Bi做測量磁場的感測器材料。金屬中自由電子也具有抗磁性，並與溫度無關，稱朗道抗磁性。但因其絕對值為其順磁性的1/3，始終被掩蓋不易測量。在特殊條件下，金屬的抗磁性隨磁場的變化有振盪特徵，稱為德哈斯－范阿爾文效應，是費米面測量的重要方法。超導體中有超導電流時，存在邁斯納效應時具有很強的抗磁性，其抗磁磁導率為－4π。

起因

抗磁性的成因，是當物質處在外加磁場中，外加磁場使得物質電子軌道（更精確的講法：軌域）運動產生改變的連帶效應。當施加一外源磁場B時，會對運動中的電子（電荷q）產生了磁力F：F = qv × B。此力改變了電子所受的向心力，使得電子軌道運動或是加速，或是減慢。電子速度因此受到改變，而連帶改變了其與外加磁場相反方向上的軌道磁矩。

考慮兩個電子軌域：一個順時針運動，一個逆時針運動。一進入頁面方向的外加磁場會使順時針轉動電子的向心力增加，而使其自頁面出來方向上的磁矩增加。同樣的外加磁場則會使逆時針轉動電子的向心力減少，而使其進入頁面方向上的磁矩減少。兩者的改變都與進入頁面方向的外加磁場相抗衡。然而，外加磁場對於多數日常物質所感生的磁矩卻非常小，因此淨效應會是一種斥力。

所有物質都會對外加磁場作出不同程度的抗磁性反應；但是對於同時擁有其他磁性性質的材料來說（如鐵磁性和順磁性），抗磁性可以完全忽略不計。那些僅僅或者很大程度顯示抗磁性的物質被稱之為抗磁性材料或者抗磁性子。那些被認為具有抗磁性的材料通常被非物理學家作為非磁性物質看待。它們包括水，DNA，絕大多數有機化合物如石油和一些塑膠，和金屬如水銀（元素），金和鉍。

理論解釋

儘管物質抗磁性本質上是量子效應，但通過純經典的朗之萬抗磁理論可以獲得一致的解釋。

朗之萬抗磁理論可用於解釋閉殼層電子構成的物質的抗磁性。強度B的磁場作用在電荷量e，質量為m的電子上，電子受洛倫茲力作用將進行頻率為w=eB/2m的拉莫爾進動。單位時間內轉動速度為W/2π，含z個電子的原子所產生的環狀電流為。

環狀電流產生的磁矩等於電流強度與閉合環包含的面積。假定外場沿Z軸方向。平均的環內面積為，其中為電子到z軸的均方距離。可知磁矩為

若電荷分布為球對稱，則=+=2/3；若N為單位體積原子數，抗磁性磁化率為

金屬的抗磁性

因為金屬中含非定域電子，朗之萬理論不適用於金屬。自由電子氣的抗磁性理論被稱為朗道抗磁性理論，它包含了洛倫茲力下電子軌道被曲化後形成的弱反作用場。朗道抗磁性應當與泡利順磁性相區別，後者與非定域電子自旋的極化有關聯。

參看

抗磁性磁浮

反鐵磁性