基本介紹
- 中文名：抗磁性
- 外文名：diamagnetism
- 特徵：一種弱磁性
理論詮釋,概念說明,概念套用,
理論詮釋
一切物質都具有磁性，任何空間都存在磁場，只是強弱不同而已。磁化率k是材料的磁化強度M與外磁場強度H的比值。它的大小反映了物質磁化的難易程度，也是對物質磁性分類的主要依據。
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（可達10－4—10－3量級），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。
概念說明
抗磁性是普遍存在的，它是所有物質在外磁場作用下毫不例外地具有的一種屬性。外磁場穿過電子軌道時，引起的電磁感應使軌道電子加速。根據焦耳－楞次定律，由軌道電子的這種加速運動所引起的磁通，總是與外磁場變化相反，因而磁化率k總是負的。
按照經典理論，傳導電子是不可能出現抗磁性的。因為外加磁場（由於洛倫茲力垂直於電子的運動方向）不會改變電子系統的自由能及其分布函式，因此磁化率為零。
在外磁場作用下形成的環形電流在金屬的邊界上反射，因而使金屬體內的抗磁性磁矩為表面 “破折軌道”的反向磁矩抵消，不顯示抗磁性。
抗磁性是一些物質的原子中電子磁矩互相抵消，合磁矩為零。當受到外加磁場作用時，物質原子的電子軌道運動會發生變化，而且在與外加磁場的相反方向產生很小的合磁矩。這樣表示物質磁性的磁化率k便成為絕對值很小的負數。一般抗磁性物質的磁化率約為負百萬分之一（－10－6）。
由於組成物質原子的原子核外電子環流的作用使其具有的磁特性。抗磁性是產生的磁性作用在與外加磁場相反方向產生禁止。如物質中存在不配對電子時，則出現順磁性，而且可超過任何的抗磁性。禁止與去禁止取決於核相對任一感生磁場的方向，故稱為各向異性效應。抗磁性各向異性是由π和δ電子云內的環流引起的。
只有純抗磁性物質才能明顯地被觀測到抗磁性。例如，惰性氣體元素和抗腐蝕金屬元素（金、銀、銅等等）都具有顯著的抗磁性。當外磁場存在時，抗磁性才會表現出來。假設外磁場被撤除，則抗磁性也會隨之消失。
任何物體在磁場作用下，都會產生抗磁性效應。但因抗磁性很弱，若物體具有順磁性或序磁性（見鐵磁性）時，抗磁性就被掩蓋了。因此，從原子結構來看，呈現抗磁性的物體是由具有滿電子殼層結構的原子、離子或分子組成的，如惰性氣體、食鹽、水以及絕大多數有機化合物等。由於邁斯納效應，超導體是理想的抗磁體（見超導電性）。
