抗磁性

一切物質都具有磁性，任何空間都存在磁場，只是強弱不同而已。磁化率k是材料的磁化強度M與外磁場強度H的比值。它的大小反映了物質磁化的難易程度，也是對物質磁性分類的主要依據。

物體的磁化強度M與磁場強度H的方向相反。從的關係來看，磁化率k是負的，原子磁化率的數量級約為。抗磁性的本質是電磁感應定律的反映。大多數物質的抗磁性被其順磁性所掩蓋，只有一小部分物質表現出抗磁性。惰性氣體原子表現出的抗磁性可直接測量。一些離子的抗磁性只能從其他測量結果中推算得到。這些物質的k抗的絕對值與原子序數Z成正比，並與外層電子的軌道半徑的平方成正比，與溫度的變化無關，稱為正常抗磁性。少數材料（如Bi，Sb）的k抗比較大（可達量級），隨溫度上升變化較快，稱為反常抗磁性。早年曾用Bi做測量磁場的感測器材料。金屬中自由電子也具有抗磁性，並與溫度無關，稱朗道抗磁性。但因其絕對值為其順磁性的，始終被掩蓋不易測量。在特殊條件下，金屬的抗磁性隨磁場的變化有振蕩特徵，稱為德哈斯－范阿爾文效應，是費米面測量的重要方法。超導體中有超導電流時，存在邁斯納效應時具有很強的抗磁性，其抗磁磁導率為。概念說明抗磁性是普遍存在的，它是所有物質在外磁場作用下毫不例外地具有的一種屬性。外磁場穿過電子軌道時，引起的電磁感應使軌道電子加速。根據焦耳－楞次定律，由軌道電子的這種加速運動所引起的磁通，總是與外磁場變化相反，因而磁化率k總是負的。按照經典理論，傳導電子是不可能出現抗磁性的。因為外加磁場（由於洛倫茲力垂直於電子的運動方向）不會改變電子系統的自由能及其分佈函數，因此磁化率為零。在外磁場作用下形成的環形電流在金屬的邊界上反射，因而使金屬體內的抗磁性磁矩為表面“破折軌道”的反向磁矩抵消，不顯示抗磁性。抗磁性是一些物質的原子中電子磁矩互相抵消，合磁矩為零。當受到外加磁場作用時，物質原子的電子軌道運動會發生變化，而且在與外加磁場的相反方向產生很小的合磁矩。這樣表示物質磁性的磁化率k便成為絕對值很小的負數。一般抗磁性物質的磁化率約為負百萬分之一。由於組成物質原子的原子核外電子環流的作用使其具有的磁特性。抗磁性是產生的磁性作用在與外加磁場相反方向產生屏蔽。如物質中存在不配對電子時，則出現順磁性，而且可超過任何的抗磁性。屏蔽與去屏蔽取決於核相對任一感生磁場的方向，故稱為各向異性效應。抗磁性各向異性是由π和δ電子云內地環流引起的。只有純抗磁性物質才能明顯地被觀測到抗磁性。例如，惰性氣體元素和抗腐蝕金屬元素（金、銀、銅等等）都具有顯著的抗磁性。當外磁場存在時，抗磁性才會表現出來。假設外磁場被撤除，則抗磁性也會隨之消失。從的關係來看，磁化率ⅹ是負的，原子磁化率的數量級約為。外加磁場使電子軌道動量矩發生變化，從而產生了一個附加磁矩，磁矩的方向與外磁場方向相反。在磁場作用下，電子圍繞原子核的運動是和沒有磁場時的運動一樣，但同時疊加了一項軌道平面繞磁場方向的進動，即拉莫爾進動。與其對應的原子磁化率是式中為原子中第i個電子的軌道均方半徑，是對一個原子求和，N是阿伏伽德羅常數，m和e分別是電子的靜質量和電荷，с為光速。任何物體在磁場作用下，都會產生抗磁性效應。但因抗磁性很弱，若物體具有順磁性或序磁性(見鐵磁性)時，抗磁性就被掩蓋了。因此，從原子結構來看，呈現抗磁性的物體是由具有滿電子殼層結構的原子、離子或分子組成的，如惰性氣體、食鹽、水以及絕大多數有機化合物等。由於邁斯納效應，超導體是理想的抗磁體（見超導電性）。實際上，自然界中絕大多數物體都是抗磁性的。抗磁磁化率與磁場和溫度無關。但也有例外，如石墨、鉍等。應用

由物質的磁化率研究相關的物質結構是磁化學的一個重要研究內容；一些物質如半導體中的載（電）流子在一定的恆定（直流）磁場和高頻磁場同時作用下會發生抗磁共振（常稱迴旋共振），由此可測定半導體中載流子（電子和空穴）的符號和有效質量；由生物抗磁性組織的磁化率異常變化可推測該組織的發生病變（如癌變）。