Paramagnetismo: berrikuspenen arteko aldeak

Paramagnetismoa [[magnetismo]] forma bat da; honen ondorioz material batzuk kanpotik aplikatutako [[eremu magnetiko]] batek ahultasunez erakarriak dira. Material paramagnetikoek aplikatutako eremu magnetiko horren norabidean barneko eremu magnetiko induzituak eratzen dituzte. Material diamagnetikoak, berriz, eremu magnetikoek aldaratzen dituzte eta eremu magnetiko aplikatuaren kontrako norabidean induzitutako eremu magnetikoak eratzen dituzte.<ref>{{Erreferentzia|abizena=Miessler, Gary L., 1949-|izenburua=Inorganic chemistry|argitaletxea=Pearson Education|data=2004|url=https://www.worldcat.org/oclc/52165864|edizioa=3rd ed|isbn=0-13-035471-6|pmc=52165864|sartze-data=2019-12-10}}</ref> Material paramagnetikoen artean [[elementu kimiko]] gehienak eta konposatu batzuk daude; ^[2] 1 baino iragazkortasun magnetiko erlatibo apur bat handiagoa dute; hau da, [[suszeptibilitate magnetiko]] positibo txiki bat. Beraz, eremu magnetikoek erakartzen dituzte. Aplikatutako eremuak eragindako une magnetikoa paraleloa da eremuaren intentsitatearekin, eta nahiko ahula da. Oro har, efektua detektatu ahal izateko oreka analitiko sentikorra behar da. Material paramagnetikoetan neurketa modernoak askotan SQUID magnetometro batekin egiten dira.

Material paramagnetikoen atomoek edo molekulek une magnetiko iraunkorrak dituzte (dipoloak[[Dipolo magnetiko|dipolo]]<nowiki/>ak), baita aplikatutako eremurik ez dagoenean ere. Une iraunkorra, oro har, elektroi atomikoen[[Orbital atomiko|atomiko]]<nowiki/>en edo [[Orbital molekularren teoria|molekularren orbitaletan]] parekatu gabeko elektroien spinaren ondorio da '''(ikus Momentu magnetikoa)'''. Paramagnetismo hutsean, dipoloek ez dute elkar eragiten, eta ausaz orientatuta daude kanpoko eremurik ezean, agitazio termikoaren ondorioz, zero magnetiko netoan gertatzen dena. Eremu magnetiko bat aplikatzen denean, dipoloek aplikatutako eremuarekin lerrokatzeko joera izango dute, eta, ondorioz, aplikatutako eremuaren norabidean une magnetiko neto bat sortuko da. Deskribapen klasikoan, lerrokatze hau une magnetikoetan aplikatutako eremu batek aplikatutako pare baten ondorioz gertatzen dela uler daiteke, aplikatutako eremuarekin paraleloak diren dipoloak lerrokatzen saiatzen dena. Hala ere, lerrokatzearen benetako jatorriak spinaren propietate [[Mekanika kuantiko|kuantiko-mekanikoenmekaniko]]<nowiki/>en eta [[momentu angeluarrarenangeluar]]<nowiki/>raren bidez baino ezin da ulertu.

Inguruko dipoloen artean energia-truke nahikoa badago, elkarri eragingo diote, eta berez edo anti-lerrokatu daitezke, eremu magnetikoak osatuz, ferromagnetismoan[[ferromagnetismo]]<nowiki/>an (iman iraunkorrak) edo antiferromagnetismoan[[antiferromagnetismo]]<nowiki/>an, hurrenez hurren

Portaera paramagnetikoa, bere [[Curie tenperaturarentenperatura]]<nowiki/>ren gainetik dauden material ferromagnetikoetan eta bere [[Néel tenperaturarentenperatura]]<nowiki/>ren gainetik dauden antiferromagnetikoetan ere ikus daiteke. Tenperatura horietan, eskuragarri dagoen energia termikoak biraketen arteko interakzio-energia baino ez du gainditzen.

Material eroaleetan, elektroiak [[deslokalizatu]] egiten dira, hau da, solidoan zehar bidaiatzen dute gutxi gorabehera elektroi libreakaskeak balira bezala. Eroankortasuna banda-egituraren irudi batean uler daiteke, energia-bandak osatu gabe betetzearen ondorioz. Eroale ez-magnetiko arrunt batean, kondukzio-banda berdina da bai spin-up elektroietarako, bai spin-down elektroietarako. Eremu magnetiko bat aplikatzen denean, kondukzio-banda spin-up eta spin-down bandetan banatzen da, spin-up eta spin-down elektroien arteko energia potentzial magnetikoen balio diferentziaren ondorioz. Fermiren mailak bi bandetarako berdina izan behar duenez, horrek esan nahi du bandan spin motaren soberakin txiki bat egongo dela, beherantz mugitu zena. Efektu hau Pauliren paramagnetismo bezala ezagutzen den paramagnetismo forma ahul bat da.

Efektua beti kontrako zeinuko erantzun [[Diamagnetismo|diamagnetiko]] batekin lehiatzen da, atomoen elektroi zentral guztien ondorioz. Magnetismo forma indartsuenek, oro har, elektroi ibiltarien ordez elektroi lokalizatuak behar dituzte. Hala ere, kasu batzuetan, bandako egitura bat gerta daiteke, non bi azpibanda deslokalizatu dauden aurkako espinen egoerekin, energia ezberdinak dituztenak.

Efektu magnetiko indartsuenak, oro har, d edo f elektroiak tartean daudenean bakarrik behatzen dira. Bereziki, azken horiek oso lokalizatuta egoten dira. Gainera, lantanido atomo baten momentu magnetikoaren tamaina nahiko handia izan daiteke, gadolinioaren[[Gadolinio|gadolinioa]]<nowiki/>ren kasuan (III) parekatu gabeko 7 elektroi garraiatu baititzake (hortik IRMn[[erresonantzia magnetiko bidezko irudigintza]]<nowiki/>n erabiltzea). Lantanidoekin lotutako une magnetiko altuak, iman superindartsuak, orokorrean neodimioa[[neodimio]]<nowiki/>a edo samarioa[[samario]]<nowiki/>a bezalako elementuetan oinarritzen diren arrazoi bat dira.

[[Bohr-van Leeuwenen teoremakteorema]]<nowiki/>k frogatzen du sistema klasiko huts batean ezin dela inolako diamagnetismorik edo paramagnetismorik egon. Erantzun paramagnetikoak, orduan, bi jatorri kuantiko posible ditu: ioien momentu magnetiko iraunkorra edo materialaren barneko eroapen elektroien mugimendu espazialek eragindakoa. Ioien momentu magnetiko iraunkorrretik sorturiko erantzun paramagnetikoa Curie-ren legeak deskribatzen du:

Magnetizazio maila baxuetarako, paramagnetoen magnetizazioak [[Curieren legea]] bezala ezagutzen dena jarraitzen du, gutxi gorabehera. Lege honen arabera, material paramagnetikoen suszeptibilitatea, _Ӽ, beren tenperaturarekiko alderantziz proportzionala da, hau da, materialak magnetikoago bihurtzen dira tenperatura baxuetan. Hona hemen legearen adierazpen matematikoa:

-M: magnetizazioa den, [[Amperemetro|amperio]]/metro-tan (A/m) neurtzen dena

-H: [[eremu magnetiko]] osagarria den (A/m)

-T: tenperatura absolutua den, kelvinetan[[Kelvin (unitatea)|kelvin]]<nowiki/>etan neurtua (K)

Momentu angeluar orbitalak ekarpen txikia egiten dionean momentu magnetikoari, erradikal organiko gehienentzat edo d³ edo spin altuko d⁵ konfigurazioko trantsizio metalen konplexu oktaedrikoentzat gertatzen den bezala, une magnetiko efektiboak forma hartzen du (g faktorarekinfaktorearekin g_e = 2.0023... ≃ 2):

           -Honen adibide egokiak d edo f metalen koordinazio konplexuak dira, edo esandako zentrodun proteinak, [[mioglobina]], adibidez. Material hauetan, molekularen zati organikoak ondoko atomoen spinak babesten dituen estalki moduan jokatzen du.

           -Molekula txikiak egonkorrak izan daitezke erradikal egoeran, oxigenoa[[oxigeno]]<nowiki/>a (O₂) adibide ona da. Horrelako sistemak arraro samarrak dira, nahiko erreaktiboak izateko joera dutelako.

Lehen adierazi bezala, d edo f elementuak dituzten material askok spinak mantentzen dituzte deuseztatu gabe. Elementu hauen gatzek askotan portaera paramagnetikoa erakusten dute; baina tenperatura nahiko baxuetan, momentu magnetikoak ordena daitezke. Ez da arraroa material horiei 'paramagneto' deitzea, Curie edo Néel puntuen gainetik duten portaera paramagnetikoari egiten dio erreferentzia, bereziki tenperatura horiek oso baxuak direnean edo inoiz behar bezala neurtu ez direnean. Burdinarentzat ere, ez da arraroa esatea burdina paramagneto bihurtzen dela bere Curie puntuaren gainetik, nahiko altu dagoena. Kasu horretan, Curie puntua ferromagneto baten eta paramagneto baten arteko [[Fase trantsizio|fase-trantsizio]] gisa ikusten da. Paramagneto hitzak, orain, sistemak aplikatutako eremu bati ematen dion erantzun lineala baino ez du aipatzen, honen tenperaturarekiko mendekotasunak Curieren legearen bertsio aldatua eskatzen duelarik, [[Curie-Weissen legea]] bezala ezagutzen dena:

Jakina denez, T_N edo T_C hitzei buruzko Curie-Weissen deskribapen paramagnetikoa "paramagneto" hitzaren interpretazio nahiko ezberdina da, ez baitu elkarrekintzen gabezia inplikatzen, baizik eta egitura magnetikoa ausazkoa da tenperatura nahiko altu hauetan kanpoko eremurik ez dagoenean. θ zerotik gertu badago ere, horrek ez du esan nahi interakziorik ez dagoenik, soilik lerrokaturiko ferro eta anti-lerrokaturiko antiferromagnetikoak indargabetzen direla. Konplikazio gehigarri bat da elkarrekintzak askotan desberdinak direla sare kristalinoaren norabide desberdinetan ([[anisotropia]]), eta horrek egitura magnetiko konplikatuetara eramaten ditu ordenatu ondoren.

Egituraren ausazkotasuna tenperatura-tarte handi batean erantzun paramagnetiko garbia erakusten duten metal askori ere aplikatzen zaie. Hala ere, ez dute Curie motako legerik jarraitzen tenperaturaren arabera; askotan, tenperaturarekiko independenteak dira, gutxi gorabehera. Portaera mota hau aldakorra da eta Pauli-paramagnetismo deitzen zaio, baina ez da ezohikoa, adibidez, paramagneto izeneko aluminiozko[[aluminio]]<nowiki/>zko metala ikustea, elkarrekintzak elementu honi eroankortasun elektriko oso ona emateko bezain indartsuak diren arren.

Material batzuek portaera magnetiko induzitua erakusten dute, Curie motako lege bati jarraitzen diona, baina Curieren konstanteetarako balio altuegiekin. Material hauei [[superparamagneto]] esaten zaie. Akoplamendu ferromagnetiko edo ferrimagnetiko handia dute tamaina mugatuko eremuetan, batak bestearekiko bereizita jokatzen baitute. Mota honetako sistema baten propietate orokorrak paramagneto baten antzekoak dira, baina superparamagnetoak maila mikroskopikoan ordenatuta daude. Materialek ordena tenperatura batean erakusten dute, eta horren gainetik portaera paramagnetismo arruntera itzultzen dira (elkarrekintzekin). Ferrofluidoak[[Ferrofluido]]<nowiki/>ak adibide ona dira, baina fenomenoa solidoen barruan ere gerta daiteke, adibidez, zentro paramagnetiko diluituak akoplamendu ferromagnetikoko ingurune indartsu aldakor batean sartzen direnean; esaterako, Fe TlCu₂Se₂ konposatuan ordezkatzen denean edo AuFe aleazioa. Sistema horiek ferromagnetikoki akoplatutako multzoak dituzte, tenperatura baxuagoetan izozten direnak. Hauei [[miktomagneto]] ere deritze.