Paramagnétisme désigne une propriété de certains matériaux faiblement attirés par les champs magnétiques. Lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe, des champs magnétiques induits internes se forment dans ces matériaux qui sont ordonnés dans la même direction que le champ appliqué. Une fois le champ appliqué supprimé, les matériaux perdent leur magnétisme car le mouvement thermique randomise les orientations de spin des électrons.
Les matériaux qui affichent le paramagnétisme sont appelés paramagnétiques. Certains composés et la plupart des éléments chimiques sont paramagnétiques dans certaines circonstances. Cependant, les vrais paramagnets affichent une susceptibilité magnétique selon les lois de Curie ou de Curie-Weiss et présentent un paramagnétisme sur une large plage de températures. Des exemples de paramagnets comprennent le complexe de coordination myoglobine, les complexes de métaux de transition, l'oxyde de fer (FeO) et l'oxygène (O2). Le titane et l'aluminium sont des éléments métalliques paramagnétiques.
Les superparamagnétiques sont des matériaux qui présentent une réponse paramagnétique nette, tout en affichant un ordre ferromagnétique ou ferrimagnétique au niveau microscopique. Ces matériaux adhèrent à la loi de Curie, mais ont de très grandes constantes de Curie. Ferrofluides sont un exemple de superparamagnets. Les superparamagnétiques solides sont également appelés mictomagnets. L'alliage AuFe (or-fer) est un exemple de mictomagnet. Les amas ferromagnétiquement couplés dans l'alliage gèlent en dessous d'une certaine température.
Comment fonctionne le paramagnétisme
Le paramagnétisme résulte de la présence d'au moins un non apparié électron tourner dans les atomes ou les molécules d'un matériau. En d'autres termes, tout matériau qui possède des atomes avec des orbitales atomiques incomplètement remplies est paramagnétique. Le spin des électrons non appariés leur donne un moment dipolaire magnétique. Fondamentalement, chaque électron non apparié agit comme un minuscule aimant dans le matériau. Lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué, le spin des électrons s'aligne avec le champ. Parce que tous les électrons non appariés s'alignent de la même manière, le matériau est attiré par le champ. Lorsque le champ externe est supprimé, les spins reviennent à leurs orientations aléatoires.
L'aimantation suit approximativement Loi de Curie, qui indique que la susceptibilité magnétique χ est inversement proportionnelle à la température:
M = χH = CH / T
où M est la magnétisation, χ est la susceptibilité magnétique, H est le champ magnétique auxiliaire, T est la température absolue (Kelvin) et C est la constante de Curie spécifique au matériau.
Types de magnétisme
Les matériaux magnétiques peuvent être identifiés comme appartenant à l'une des quatre catégories: ferromagnétisme, paramagnétisme, diamagnétisme et antiferromagnétisme. Le ferromagnétisme est la forme la plus puissante de magnétisme.
Les matériaux ferromagnétiques présentent une attraction magnétique suffisamment forte pour être ressentie. Les matériaux ferromagnétiques et ferrimagnétiques peuvent rester magnétisés au fil du temps. Les aimants communs à base de fer et les aimants de terres rares affichent le ferromagnétisme.
Contrairement au ferromagnétisme, les forces du paramagnétisme, du diamagnétisme et de l'antiferromagnétisme sont faibles. Dans l'antiferromagnétisme, les moments magnétiques des molécules ou des atomes s'alignent dans un schéma dans lequel le voisin les spins d'électrons pointent dans des directions opposées, mais l'ordre magnétique disparaît au-dessus d'un certain Température.
Les matériaux paramagnétiques sont faiblement attirés par un champ magnétique. Les matériaux antiferromagnétiques deviennent paramagnétiques au-dessus d'une certaine température.
Les matériaux diamagnétiques sont peu repoussés par les champs magnétiques. Tous les matériaux sont diamagnétiques, mais une substance n'est généralement pas étiquetée diamagnétique à moins que les autres formes de magnétisme soient absentes. Le bismuth et l'antimoine sont des exemples de diamagnets.