Парамагнетизм (от пара... и магнетизм), свойство тел, помещенных во внешнее магнитное поле, намагничиваться (приобретать магнитный момент) в направлении, совпадающем с направлением этого поля. Т. о., внутри парамагнитного тела (парамагнетика) к действию внешнего поля прибавляется действие возникшей намагниченности J. В этом отношении Парамагнетизм противоположен диамагнетизму, при котором возникающий в теле под действием поля магнитный момент ориентирован навстречу направлению напряжённости внешнего магнитного поля Н. Поэтому парамагнитные тела притягиваются к полюсам магнита (откуда название «Парамагнетизм»), а диамагнитные — отталкиваются. Характерным для парамагнетиков свойством намагничиваться по полю обладают также ферромагнетики и антиферромагнетики. Однако в отсутствие внешнего поля намагниченность парамагнетиков равна нулю и они не обладают магнитной структурой (взаимной упорядоченной ориентацией магнитных моментов атомов), в то время как при Н = 0 феррои антиферромагнетики сохраняют магнитную структуру. Термин «Парамагнетизм» ввёл в 1845 М. Фарадей, который разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диаи парамагнитные. Парамагнетизм характерен для веществ, частицы которого (атомы, молекулы, ионы, ядра атомов) обладают собственным магнитным моментом, но в отсутствие внешнего поля эти моменты ориентированы хаотически, так что J = 0. Во внешнем поле магнитные моменты атомов парамагнитных веществ ориентируются преимущественно по полю. В слабых полях намагниченность парамагнетиков растет с ростом поля по закону J = c Н, где c — магнитная восприимчивость 1 моля вещества, для парамагнетиков всегда положительная и обычно равная по порядку величины 10^-5 — 10^-3. Если поле очень велико, то все магнитные моменты парамагнитных частиц ориентируются строго по полю (достигается магнитное насыщение). С повышением температуры Т при неизменной напряжённости поля возрастает дезориентирующее действие теплового движения частиц и магнитная восприимчивость убывает — в простейшем случае по Кюри законуc = С/Т (С — постоянная Кюри, зависящая от природы вещества). Отклонения от закона Кюри (см. Кюри — Вейса закон) в основном связаны с взаимодействием частиц (влиянием кристаллического поля). Парамагнетизм свойствен: многим чистым элементам в металлическом состоянии (щелочные металлы, щёлочноземельные металлы, некоторые металлы переходных групп с незаполненным d-слоем или f-слоем электронной оболочки — группы железа, палладия, платины, редкоземельных элементов, актиноидов; а также сплавы этих металлов); солям группы железа, группы редкоземельных элементов от Ce до Yb и актиноидов и их водным растворам; парам щелочных металлов и молекулам газов (например, O₂ и NO); небольшому числу органических молекул («бирадикалам»); ряду комплексных соединений. Парамагнетиками становятся феррои антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).

  Существование у атомов (ионов) магнитных моментов, обусловливающих Парамагнетизм веществ, может быть связано с движением электронов в оболочке атома (орбитальный Парамагнетизм), со спиновым моментом самих электронов (спиновый Парамагнетизм), с магнитными моментами ядер атомов (ядерный Парамагнетизм). Магнитные моменты атомов, ионов, молекул создаются в основном спиновыми и орбитальными моментами их электронных оболочек. Они примерно в тысячу раз превосходят магнитные моменты атомных ядер (см. Магнетон). Парамагнетизм металлов слагается в основном из Парамагнетизм, свойственного электронам проводимости (так называемый парамагнетизм Паули), и Парамагнетизм электронных оболочек атомов (ионов) кристаллической решётки металла. Поскольку движение электронов проводимости металлов практически не меняется при изменении температуры, Парамагнетизм, обусловленный электронами проводимости, от температуры не зависит. Поэтому, например, щелочные и щёлочноземельные металлы, у которых электронные оболочки ионов лишены магнитного момента, а Парамагнетизм обусловлен исключительно электронами проводимости, обладают магнитной восприимчивостью, не зависящей от температуры. В тех веществах, у которых нет электронов проводимости и магнитным моментом обладает лишь ядро (например, у изотопа гелия ³He), Парамагнетизм крайне мал (c~10^-9—10^-12) и может наблюдаться лишь при сверхнизких температурах (Т < 0,1К). Парамагнитная восприимчивость диэлектриков, согласно классической теории Парамагнетизм Ланжевена (1906), определяется формулой c= Nm_a²/3kT, где N — число магнитных атомов в 1 моле вещества, m_a — магнитный момент атома, к — Больцмана постоянная. Эта формула была получена методами статистической физики для системы практически не взаимодействующих атомов, находящихся в слабом магнитном поле или при высокой температуре (когда m_аН << kT). Она даёт теоретическое объяснение Кюри закону. В сильных магнитных полях или при низких температурах m_aH >> kT) намагниченность парамагнитных диэлектриков стремится к Nm_a²(к насыщению). Квантовая теория Парамагнетизм, учитывающая квантование пространственное момента m_а (Л. Бриллюэн, 1926), даёт аналогичное выражение для восприимчивости (диэлектриков (при m_aH << kT):c=NJ (J + 1)m_а²g_j²/3кТ, где J — квантовое число, определяющее полный момент количества движения атома, gj — Ланде множитель. Парамагнитная восприимчивость полупроводниковc^п_э, обусловленная электронами проводимости, в простейшем случае зависит от температуры Т экспоненциально

  c^п_э=АТ^1/2 exp (—DE/2kT), где А — константа вещества, DЕ — ширина запрещенной зоны полупроводника. Особенности индивидуального строения полупроводников сильно искажают эту зависимость. В простейшем случае для металлов (без учёта Ландау диамагнетизма и взаимодействия электронов)  c^м_э = 3Nm²_э/2E_o, где Eo — Ферми энергия, mэ — магнитный момент электрона (c^м_э не зависит от температуры). Ядерный Парамагнетизм при отсутствии сильного взаимодействия между спинами ядер и электронными оболочками атомов характеризуется величиной c_я = Nm²_я \3kT, которая приблизительно в 10⁶ раз меньше электронной парамагнитной восприимчивости (m_э~10³ m_я). Изучение Парамагнетизм различных веществ, а также электронного парамагнитного резонанса (резонансного поглощения парамагнетиками энергии электромагнитного поля) позволяет определять магнитные моменты отдельных атомов, ионов, молекул, ядер, изучать строение сложных молекул и молекулярных комплексов, а также осуществлять тонкий структурный анализ материалов, применяемых в технике. В физике парамагнитные вещества используют для получения сверхнизких температур (ниже 1 К, см. Магнитное охлаждение). Историю развития учения о Парамагнетизм см. в ст. Магнетизм.

 

  Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973; его же, Магнетизм, М., 1971; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Абрагам А., Ядерный магнетизм. пер. с англ., М., 1963; Киттель Ч., Введение в физику твёрдого тела, пер. с англ., 2 изд., М., 1963; Физика магнитных диэлектриков, Л., 1974.

  Я. Г. Дорфман.