[科普中国]-抗磁性材料

抗磁性材料是指一种弱磁性材料。它的相对磁化率为负值且很小，典型的数值是10-5数量级。抗磁性产生的机理是：外磁场穿过电子轨道时，引起的电磁感应使轨道电子加速，模型简化为磁场垂直电子轨道平面。由楞次定律可知，轨道电子的这种加速运动所引起的磁通，总是与外磁场方向相反，因而抗磁磁化率为负值1。

简介抗磁性是指一种弱磁性。组成物质的原子中，运动的电子在磁场中受电磁感应而表现出的属性。外加磁场使电子轨道动量矩绕磁场进动，产生与磁场方向相反的附加磁矩，故磁化率k抗为很小的负值（10-5—10-6量级）。因此，所有物质都具有抗磁性。一切物质都具有磁性，任何空间都存在磁场，只是强弱不同而已。磁化率k是材料的磁化强度M与外磁场强度H的比值。它的大小反映了物质磁化的难易程度，也是对物质磁性分类的主要依据2。

性质抗磁性是普遍存在的，它是所有物质在外磁场作用下毫不例外地具有的一种属性。外磁场穿过电子轨道时，引起的电磁感应使轨道电子加速。根据焦耳－楞次定律，由轨道电子的这种加速运动所引起的磁通，总是与外磁场变化相反，因而磁化率k总是负的。

按照经典理论，传导电子是不可能出现抗磁性的。因为外加磁场（由于洛伦兹力垂直于电子的运动方向）不会改变电子系统的自由能及其分布函数，因此磁化率为零。

在外磁场作用下形成的环形电流在金属的边界上反射，因而使金属体内的抗磁性磁矩为表面 “破折轨道”的反向磁矩抵消，不显示抗磁性。

只有纯抗磁性物质才能明显地被观测到抗磁性。例如，惰性气体元素和抗腐蚀金属元素（金、银、铜等等）都具有显著的抗磁性。当外磁场存在时，抗磁性才会表现出来。假设外磁场被撤除，则抗磁性也会随之消失。

任何物体在磁场作用下，都会产生抗磁性效应。但因抗磁性很弱，若物体具有顺磁性或序磁性（见铁磁性）时，抗磁性就被掩盖了。因此，从原子结构来看，呈现抗磁性的物体是由具有满电子壳层结构的原子、离子或分子组成的，如惰性气体、食盐、水以及绝大多数有机化合物等。由于迈斯纳效应，超导体是理想的抗磁体（见超导电性）。抗磁磁化率与磁场和温度无关。但也有例外，如石墨、铋等3。

应用由物质的磁化率研究相关的物质结构是磁化学的一个重要研究内容；一些物质如半导体中的载（电）流子在一定的恒定（直流）磁场和高频磁场同时作用下会发生抗磁共振（常称回旋共振），由此可测定半导体中载流子（电子和空穴）的符号和有效质量；由生物抗磁性组织的磁化率异常变化可推测该组织的发生病变（如癌变）。

本词条内容贡献者为:

杨晓红 - 副教授 - 西南大学