Bài 2. Chất nghịch từ
Ở điều kiện bình thường các chất nghịch từ không biểu hiện từ tính vì chúng không có các momen từ tự phát (không bị phân cực từ), nhưng khi đặt nghịch từ vào trong từ trường ngoài thì ở chúng xuất hiện một từ trường phụ có giá trị rất nhỏ và hướng ngược với từ trường ngoài. Để khảo sát tính nghịch từ của vật liệu ta có thể áp dụng định luật Larmor.
Khi đặt nguyên tử vào trong từ trường \( \overrightarrow{H} \), dọc theo trục Oz, chuyển động của electron quanh hạt nhân gồm hai chuyển động thành phần là chuyển động của nó giống như không có từ trường ngoài và chuyển động quay quanh phương từ trường với vận tốc góc Larmor: \( {{\vec{\omega }}_{L}}=\frac{e{{\overrightarrow{B}}_{0}}}{2m} \) (15.21) tạo ra momen động lượng mới: \( \overrightarrow{\ell }=I{{\vec{\omega }}_{L}} \) (15.22)
Với I là momen quán tính của electron đối với trục quay: \( I=m\overline{{{a}^{2}}} \) (15.23)
Trong đó \( \overline{{{a}^{2}}} \) là trung bình của bình phương khoảng cách từ electron tới trục quay (Oz). Do đó: \( \overrightarrow{\ell }=\frac{e\overline{{{a}^{2}}}}{2}{{\overrightarrow{B}}_{0}} \) (15.24)
Tương ứng ta có momen từ phụ của electron thứ i: \( \Delta {{\vec{p}}_{m}}=-\frac{e}{2m}\overrightarrow{\ell }=-\frac{{{e}^{2}}\overline{{{a}^{2}}}}{4m}{{\overrightarrow{B}}_{0}} \)
Momen từ phụ toàn phần của nguyên tử có Z electron: \( \Delta {{\overrightarrow{P}}_{m}}=\sum\limits_{i}{\Delta {{{\vec{p}}}_{mi}}}=-\frac{{{e}^{2}}{{\overrightarrow{B}}_{0}}}{4m}\sum\limits_{i=1}^{Z}{\overline{a_{i}^{2}}} \) (15.25)
Gọi ri là khoảng cách từ điện tử thứ i đến hạt nhân nguyên tử, ta có:
\( \overline{{{x}^{2}}}=\overline{{{y}^{2}}}=\overline{{{z}^{2}}}=\frac{1}{3}\overline{r_{i}^{2}} \). Suy ra: \( \overline{a_{i}^{2}}=\overline{{{x}^{2}}}+\overline{{{y}^{2}}}=\frac{2}{3}\overline{r_{i}^{2}} \)
Do đó: \( \Delta {{\overrightarrow{P}}_{m}}=-\frac{{{e}^{2}}{{\overrightarrow{B}}_{0}}}{4m}.\frac{2}{3}\sum\limits_{i=1}^{Z}{\overline{r_{i}^{2}}}=-\frac{{{e}^{2}}Z\overline{{{r}^{2}}}{{\overrightarrow{B}}_{0}}}{6m} \) (15.26)
Với \( \overline{{{r}^{2}}} \) là trung bình bình phương khoảng cách từ electron đến hạt nhân.
Theo định nghĩa, ta có độ từ hóa của nguyên tử: \( \overrightarrow{J}={{n}_{0}}\Delta {{\overrightarrow{P}}_{m}}=-\frac{{{n}_{0}}{{e}^{2}}Z\overline{{{r}^{2}}}}{6m}{{\overrightarrow{B}}_{0}} \) (15.27)
Ở đây n0 là số nguyên tử trong một đơn vị thể tích vật liệu. Khi đó có độ từ cảm bằng: \( \chi =-\frac{{{n}_{0}}{{e}^{2}}Z\overline{{{r}^{2}}}{{\mu }_{0}}}{6m} \) (15.28)
Như vậy, \( \chi \) có giá trị âm, chính là độ cảm nghịch từ, nó thường có giá trị rất nhỏ, \( \chi \sim{{10}^{-6}} \). Từ (15.28) cho thấy \( \chi \) không phụ thuộc nhiệt độ.
Những khái niệm trên đây không hạn chế cho electron ở lớp nào và trong nguyên tử của chất nào, vì vậy có thể xem như mọi chất đều có tính nghịch từ. Các chất nghịch từ hay gặp bao gồm các khí trơ He, Ne, Ar, Kr, Xe; nhóm halogen Cl, F, Br, …, một số kim loại kiềm, đất hiếm và muối của chúng, đa số các hợp chất hữu cơ, thủy tinh… Bảng 15.1 dưới đây cho giá trị độ từ cảm của một số chất nghịch từ:
Các chất siêu dẫn có B = 0 và \( \chi =-1 \) được xem là các chất nghịch từ lý tưởng. Tính chất từ của nghịch từ rất nhỏ bé nên trong thực tế người ta không quan tâm đến việc ứng dụng các vật liệu này về phương diện từ tính.
Bài Viết Mới
Vật liệu siêu dẫn
Bài 7. Vật liệu siêu dẫn 1. Hiện tượng siêu dẫn – Tính chất của vật liệu siêu dẫn Các vật liệu mà ở trong vùng nhiệt độ T <…
Vật liệu từ cứng và từ mềm
Bài 6. Vật liệu từ cứng và từ mềm Trong lĩnh vực ứng dụng thực tế người ta phân biệt vật liệu từ ra thành vật liệu từ cứng và…
Chất phản sắt từ và feri từ
Bài 5. Chất phản sắt từ và feri từ Tương tự như sắt từ, phản sắt từ và feri từ (ferit) là các chất được cấu tạo từ những domen…
Chất sắt từ
Bài 4. Chất sắt từ 1. Tính chất từ của sắt từ Các chất sắt từ bao gồm những nguyên tố nhóm chuyển tiếp như Fe, Co, Ni, Gd và…
Chất thuận từ
Bài 3. Chất thuận từ Khác với chất nghịch từ, các chất thuận từ khi chưa bị từ hóa đã có momen từ nguyên tử, nhưng do chuyển động nhiệt,…
Chất nghịch từ
Bài 2. Chất nghịch từ Ở điều kiện bình thường các chất nghịch từ không biểu hiện từ tính vì chúng không có các momen từ tự phát (không bị…
Khái niệm về từ tính của vật liệu
Bài 1. Khái niệm về từ tính của vật liệu Từ tính là một thuộc tính của vật liệu. Tất cả các vật liệu, ở mọi trạng thái, dù ít…