अनुचुंबकत्व: Difference between revisions

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{{short description|Weak, attractive magnetism possessed by most elements and some compounds}}
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[[File:Liquid oxygen in a magnet.jpg|thumb|जब एक बीकर से तरल ऑक्सीजन को एक मजबूत चुंबक में डाला जाता है, तो ऑक्सीजन अस्थायी रूप से चुंबकीय ध्रुवों के बीच अपने अनुचुंबकत्व के कारण निहित होता है।]]
[[File:Liquid oxygen in a magnet.jpg|thumb|जब एक बीकर से तरल ऑक्सीजन को एक प्रबल चुंबक में डाला जाता है, तो ऑक्सीजन अस्थायी रूप से चुंबकीय ध्रुवों के बीच अपने अनुचुंबकत्व के कारण निहित होता है।]]
{{Condensed matter physics}}
अनुचुंबकत्व चुंबकत्व का एक रूप है जिसके द्वारा कुछ सामग्री बाहरी रूप से लागू चुंबकीय क्षेत्र द्वारा दुर्बल रूप से आकर्षित होती हैं, और लागू चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में आंतरिक, प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं। इस व्यवहार के विपरीत, प्रतिचुंबकीय पदार्थ चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं और लागू चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत दिशा में प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण होता है।<ref>Miessler, G. L. and Tarr, D. A. (2010) ''Inorganic Chemistry'' 3rd ed., Pearson/Prentice Hall publisher, {{ISBN|0-13-035471-6}}.</ref> अनुचुंबकीय पदार्थ में अधिकांश [[रासायनिक तत्व]] और कुछ [[रासायनिक यौगिक]] सम्मलित हैं;<ref name=brit/> उनके पास एक सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता 1 (अर्थात, एक छोटी सकारात्मक चुंबकीय संवेदनशीलता)से थोड़ा अधिक है और इसलिए वे चुंबकीय क्षेत्रों से आकर्षित होते हैं। लागू क्षेत्र द्वारा प्रेरित चुंबकीय क्षण क्षेत्र की ताकत में रैखिक और दुर्बल होता है। समान्यता प्रभाव का पता लगाने के लिए एक संवेदनशील विश्लेषणात्मक संतुलन की आवश्यकता होती है और अनुचुंबकीय पदार्थ पर आधुनिक माप प्रायः [[स्क्विड]] [[ चुंबकत्वमापी ]] के साथ आयोजित किए जाते हैं।
अनुचुम्बकत्व चुम्बकत्व का एक रूप है जिससे कुछ सामग्री बाहरी रूप से लागू [[चुंबकीय क्षेत्र]] द्वारा कमजोर रूप से आकर्षित होती हैं, और लागू चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में आंतरिक चुम्बकत्व बनाती हैं। इस व्यवहार के विपरीत, प्रति[[चुंबकत्व]] सामग्री को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा पीछे हटा दिया जाता है और लागू चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत दिशा में प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण होता है।<ref>Miessler, G. L. and Tarr, D. A. (2010) ''Inorganic Chemistry'' 3rd ed., Pearson/Prentice Hall publisher, {{ISBN|0-13-035471-6}}.</ref> पैरामैग्नेटिक सामग्रियों में अधिकांश [[रासायनिक तत्व]] और कुछ [[रासायनिक यौगिक]] शामिल हैं;<ref name=brit/>उनके पास एक सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता 1 से थोड़ा अधिक है (यानी, एक छोटी सकारात्मक चुंबकीय संवेदनशीलता) और इसलिए वे चुंबकीय क्षेत्रों से आकर्षित होते हैं। लागू क्षेत्र द्वारा प्रेरित चुंबकीय क्षण क्षेत्र की ताकत में रैखिक और कमजोर होता है। आम तौर पर प्रभाव का पता लगाने के लिए एक संवेदनशील विश्लेषणात्मक संतुलन की आवश्यकता होती है और अनुचुंबकीय सामग्रियों पर आधुनिक माप अक्सर [[स्क्विड]] [[ चुंबकत्वमापी ]] के साथ आयोजित किए जाते हैं।


अनुचुंबकत्व सामग्री में [[अयुग्मित इलेक्ट्रॉन]]ों की उपस्थिति के कारण होता है, इसलिए अपूर्ण रूप से भरे हुए परमाणु कक्षकों वाले अधिकांश परमाणु अनुचुंबकीय होते हैं, हालांकि तांबे जैसे अपवाद मौजूद हैं। उनके [[स्पिन (भौतिकी)]] के कारण, अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों में एक चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण होता है और वे छोटे चुम्बकों की तरह कार्य करते हैं। एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों के स्पिन को क्षेत्र के समानांतर संरेखित करने का कारण बनता है, जिससे शुद्ध आकर्षण होता है। पैरामैग्नेटिक सामग्री में [[अल्युमीनियम]], [[ऑक्सीजन]], [[टाइटेनियम]] और [[लौह ऑक्साइड]] (FeO) शामिल हैं। इसलिए, एक कण (परमाणु, आयन, या अणु) अनुचुंबकीय है या अनुचुंबकीय है, यह निर्धारित करने के लिए रसायन विज्ञान में अंगूठे के एक सरल नियम का उपयोग किया जाता है:<ref>{{Cite web|url=https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Physical_Properties_of_Matter/Atomic_and_Molecular_Properties/Magnetic_Properties|title=चुंबकीय गुण|date=2013-10-02|website=Chemistry LibreTexts|language=en|access-date=2020-01-21}}</ref> यदि कण में सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित हों, तो इस कण से बना पदार्थ प्रतिचुंबकीय होता है; यदि इसमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन हैं, तो पदार्थ अनुचुंबकीय है।
अनुचुंबकत्व सामग्री में [[अयुग्मित इलेक्ट्रॉन]] की उपस्थिति के कारण होता है, इसलिए अपूर्ण रूप से भरे हुए परमाणु कक्षकों वाले अधिकांश परमाणु अनुचुंबकीय होते हैं, यद्यपि तांबे जैसे अपवाद मौजूद हैं। उनके [[स्पिन (भौतिकी)|चक्रण (भौतिकी)]] के कारण, अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों में एक चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण होता है और वे छोटे चुम्बकों की तरह कार्य करते हैं। एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों के चक्रण को क्षेत्र के समानांतर संरेखित करने का कारण बनता है, जिससे शुद्ध आकर्षण होता है। अनुचुंबकीय सामग्री में [[अल्युमीनियम]], [[ऑक्सीजन]], [[टाइटेनियम]] और [[लौह ऑक्साइड]] (FeO) सम्मलित हैं। इसलिए, एक कण (परमाणु, आयन, या अणु) अनुचुंबकीय है या प्रतिचुंबकीय है, यह निर्धारित करने के लिए रसायन विज्ञान में अंगूठे के एक सरल नियम का उपयोग किया जाता है:<ref>{{Cite web|url=https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Physical_Properties_of_Matter/Atomic_and_Molecular_Properties/Magnetic_Properties|title=चुंबकीय गुण|date=2013-10-02|website=Chemistry LibreTexts|language=en|access-date=2020-01-21}}</ref> यदि कण में सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित हों, तो इस कण से बना पदार्थ प्रतिचुंबकीय होता है; यदि इसमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन हैं, तो पदार्थ अनुचुंबकीय है।


[[लोह चुंबकत्व]] के विपरीत, पैरामैग्नेट्स बाहरी रूप से लागू चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में किसी भी चुंबकीयकरण को बरकरार नहीं रखते हैं क्योंकि थर्मल गति स्पिन ओरिएंटेशन को यादृच्छिक बनाती है। (कुछ अनुचुंबकीय पदार्थ पूर्ण शून्य पर भी स्पिन विकार को बनाए रखते हैं, जिसका अर्थ है कि वे जमीनी अवस्था में अनुचुंबकीय होते हैं, यानी तापीय गति की अनुपस्थिति में।) इस प्रकार लागू क्षेत्र को हटा दिए जाने पर कुल चुंबकत्व शून्य हो जाता है। यहां तक ​​कि क्षेत्र की उपस्थिति में भी केवल एक छोटा प्रेरित चुंबकीयकरण होता है क्योंकि स्पिन का केवल एक छोटा अंश क्षेत्र द्वारा उन्मुख होगा। यह अंश क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होता है और यह रैखिक निर्भरता की व्याख्या करता है। फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों द्वारा अनुभव किया जाने वाला आकर्षण गैर-रैखिक और अधिक मजबूत होता है, ताकि इसे आसानी से देखा जा सके, उदाहरण के लिए, [[रेफ्रिजरेटर चुंबक]] और रेफ्रिजरेटर के लोहे के बीच आकर्षण में।
लौह चुम्बकों के विपरीत, अनुचंबकीय बाहरी रूप से लागू चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में किसी भी चुंबकीयकरण को बरकरार नहीं रखते हैं क्योंकि तापीय गति चक्रण अभिविन्यास को यादृच्छिक बनाती है। (कुछ अनुचुंबकीय पदार्थ पूर्ण शून्य पर भी चक्रण विकार को बनाए रखते हैं, जिसका अर्थ है कि वे जमीनी अवस्था में अनुचुंबकीय होते हैं, अर्थात तापीय गति की अनुपस्थिति में।) इस प्रकार लागू क्षेत्र को हटा दिए जाने पर कुल चुंबकत्व शून्य हो जाता है। यहां तक ​​कि क्षेत्र की उपस्थिति में भी केवल एक छोटा प्रेरित चुंबकीयकरण होता है क्योंकि चक्रण का केवल एक छोटा अंश क्षेत्र द्वारा उन्मुख होगा। यह अंश क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होता है और यह रैखिक निर्भरता की व्याख्या करता है। लौह-चुंबकीय पदार्थ द्वारा अनुभव किया जाने वाला आकर्षण गैर-रैखिक और अधिक प्रबल होता है, ताकि इसे आसानी से देखा जा सके, उदाहरण के लिए, [[रेफ्रिजरेटर चुंबक|प्रशीतक चुंबक]] और प्रशीतक के लोहे के बीच आकर्षण में।


== इलेक्ट्रॉन स्पिन से संबंध ==
== इलेक्ट्रॉन चक्रण से संबंध ==
[[File:Paramagnetism, ferromagnetism and spin waves.webm|thumb|पैरामैग्नेटिज्म, फेरोमैग्नेटिज्म और स्पिन तरंगें]]अनुचुंबकीय पदार्थों के घटक परमाणुओं या अणुओं में लागू क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी स्थायी चुंबकीय क्षण ([[द्विध्रुव]]ीय) होते हैं। स्थायी क्षण आम तौर पर परमाणु कक्षीय या [[आणविक कक्षीय]] (चुंबकीय क्षण देखें) में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के स्पिन के कारण होता है। शुद्ध पैरामैग्नेटिज़्म में, द्विध्रुव एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं और थर्मल आंदोलन के कारण बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप शून्य शुद्ध चुंबकीय क्षण होता है। जब एक चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो [[द्विध्रुवीय]] लागू क्षेत्र के साथ संरेखित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लागू क्षेत्र की दिशा में एक शुद्ध चुंबकीय क्षण होता है। शास्त्रीय विवरण में, इस संरेखण को लागू क्षेत्र द्वारा चुंबकीय क्षणों पर प्रदान किए जाने वाले टोक़ के कारण समझा जा सकता है, जो लागू क्षेत्र के समानांतर द्विध्रुव को संरेखित करने का प्रयास करता है। हालांकि, संरेखण की वास्तविक उत्पत्ति को केवल [[क्वांटम यांत्रिकी]] | स्पिन (भौतिकी) और कोणीय गति के क्वांटम-यांत्रिक गुणों के माध्यम से समझा जा सकता है।
[[File:Paramagnetism, ferromagnetism and spin waves.webm|thumb|अनुचुंबकत्व, फेरोमैग्नेटिज्म और चक्रण तरंगें]]अनुचुंबकीय पदार्थों के घटक परमाणुओं या अणुओं में लागू क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी स्थायी चुंबकीय क्षण ( [[द्विध्रुव|द्विध्रुवीय]]) होते हैं। स्थायी क्षण समान्यता परमाणु कक्षीय या [[आणविक कक्षीय]] में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के चक्रण के कारण होता है(चुंबकीय क्षण देखें)। शुद्ध अनुचुंबकत्व में, द्विध्रुव एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं और तापीय आंदोलन के कारण बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप शून्य शुद्ध चुंबकीय क्षण होता है। जब एक चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो [[द्विध्रुवीय]] लागू क्षेत्र के साथ संरेखित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लागू क्षेत्र की दिशा में एक शुद्ध चुंबकीय क्षण होता है। शास्त्रीय विवरण में, इस संरेखण को लागू क्षेत्र द्वारा चुंबकीय क्षणों पर प्रदान किए जाने वाले टॉर्क के कारण समझा जा सकता है, जो लागू क्षेत्र के समानांतर द्विध्रुव को संरेखित करने का प्रयास करता है। यद्यपि, संरेखण की वास्तविक उत्पत्ति को केवल चक्रण (भौतिकी) और कोणीय गति के क्वांटम-यांत्रिक गुणों के माध्यम से समझा जा सकता है।


यदि पड़ोसी द्विध्रुवों के बीच पर्याप्त ऊर्जा विनिमय होता है, तो वे परस्पर क्रिया करेंगे, और अनायास संरेखित या विरोधी संरेखित हो सकते हैं और चुंबकीय डोमेन बना सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप क्रमशः फेरोमैग्नेटिज़्म (स्थायी मैग्नेट) या [[प्रतिलौह चुंबकत्व]] होता है। अनुचुंबकीय व्यवहार उन फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों में भी देखा जा सकता है जो उनके [[क्यूरी तापमान]] से ऊपर हैं, और एंटीफेरोमैग्नेट्स में उनके नील तापमान से ऊपर हैं। इन तापमानों पर, उपलब्ध ऊष्मीय ऊर्जा केवल स्पिनों के बीच परस्पर क्रिया ऊर्जा पर काबू पाती है।
यदि पड़ोसी द्विध्रुवों के बीच पर्याप्त ऊर्जा विनिमय होता है, तो वे परस्पर क्रिया करेंगे, और अनायास संरेखित या विरोधी संरेखित हो सकते हैं और चुंबकीय डोमेन बना सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप क्रमशः लोह चुंबकत्व (स्थायी मैग्नेट) या [[प्रतिलौह चुंबकत्व]] होता है। अनुचुंबकीय व्यवहार उन लौह-चुंबकीय पदार्थ में भी देखा जा सकता है जो उनके [[क्यूरी तापमान]] से ऊपर हैं, और प्रतिलौह चुम्बक में उनके नील तापमान से ऊपर हैं। इन तापमानों पर, उपलब्ध ऊष्मीय ऊर्जा केवल चक्रणों के बीच परस्पर क्रिया ऊर्जा पर काबू पाती है।


सामान्य तौर पर, अनुचुंबकीय प्रभाव काफी कम होते हैं: चुंबकीय संवेदनशीलता 10 के क्रम की होती है<sup>-3</sup> से 10 तक<sup>−5</sup> अधिकांश पैरामैग्नेट्स के लिए, लेकिन 10 जितना अधिक हो सकता है<sup>−1</sup> [[फेरोफ्लुइड]]्स जैसे सिंथेटिक पैरामैग्नेट के लिए।
सामान्य तौर पर, अनुचुंबकीय प्रभाव काफी कम होते हैं: अधिकांश अनुचंबकीय के लिए चुंबकीय संवेदनशीलता 10<sup>−3</sup> से 10<sup>−5</sup> के क्रम की होती है, लेकिन लोह द्रव जैसे कृत्रिम अनुचंबकीय के लिए 10<sup>−1</sup> तक उच्च हो सकती है।


=== विस्थानीकरण ===
=== विस्थानीकरण ===
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|[[Sodium]]||0.72
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प्रवाहकीय सामग्रियों में, इलेक्ट्रॉनों को डेलोकलाइज़ किया जाता है, अर्थात वे [[मुक्त कण]] के रूप में अधिक या कम ठोस के माध्यम से यात्रा करते हैं। ऊर्जा बैंड के अधूरे भरने से उत्पन्न होने वाली एक [[बैंड संरचना]] तस्वीर में चालकता को समझा जा सकता है।
प्रवाहकीय पदार्थ में, इलेक्ट्रॉनों को डेलोकलाइज़ किया जाता है, अर्थात वे [[मुक्त कण]] के रूप में अधिक या कम ठोस के माध्यम से यात्रा करते हैं। ऊर्जा बैंड के अधूरे भरने से उत्पन्न होने वाली एक [[बैंड संरचना]] तस्वीर में चालकता को समझा जा सकता है।
एक साधारण गैर-चुंबकीय कंडक्टर में चालन बैंड स्पिन-अप और स्पिन-डाउन इलेक्ट्रॉनों दोनों के लिए समान होता है। जब एक चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो स्पिन-अप और स्पिन-डाउन इलेक्ट्रॉनों के लिए [[चुंबकीय संभावित ऊर्जा]] में अंतर के कारण चालन बैंड स्पिन-अप और स्पिन-डाउन बैंड में अलग हो जाता है।
एक साधारण गैर-चुंबकीय कंडक्टर में चालन बैंड ऊपर घुमना और नीचे घुमना इलेक्ट्रॉनों दोनों के लिए समान होता है। जब एक चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो ऊपर घुमना और नीचे घुमना इलेक्ट्रॉनों के लिए [[चुंबकीय संभावित ऊर्जा]] में अंतर के कारण चालन बैंड ऊपर घुमना और नीचे घुमना बैंड में अलग हो जाता है।चूंकि [[फर्मी स्तर]] दोनों बैंडों के लिए समान होना चाहिए, इसका मतलब है कि बैंड में चक्रण के प्रकार का एक छोटा सा अधिशेष होगा जो नीचे की ओर चला गया। यह प्रभाव अनुचुंबकत्व का एक दुर्बल रूप है जिसे पाउली अनुचुंबकत्व के नाम से जाना जाता है।
चूंकि [[फर्मी स्तर]] दोनों बैंडों के लिए समान होना चाहिए, इसका मतलब है कि बैंड में स्पिन के प्रकार का एक छोटा सा अधिशेष होगा जो नीचे की ओर चला गया। यह प्रभाव पैरामैग्नेटिज्म का एक कमजोर रूप है जिसे पाउली पैरामैग्नेटिज्म के नाम से जाना जाता है।


प्रभाव हमेशा परमाणुओं के सभी कोर इलेक्ट्रॉनों के कारण विपरीत संकेत के [[ प्रति-चुंबकीय ]] प्रतिक्रिया के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। चुंबकत्व के मजबूत रूपों को आमतौर पर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के बजाय स्थानीयकृत की आवश्यकता होती है। हालांकि, कुछ मामलों में एक बैंड संरचना का परिणाम हो सकता है जिसमें विपरीत ऊर्जा वाले दो अलग-अलग उप-बैंड होते हैं जिनमें अलग-अलग ऊर्जा होती है। यदि एक सबबैंड दूसरे के ऊपर तरजीह से भर जाता है, तो किसी के पास फेरोमैग्नेटिक ऑर्डर हो सकता है। यह स्थिति आम तौर पर केवल अपेक्षाकृत संकीर्ण (डी-) बैंड में होती है, जो खराब रूप से [[डेलोकलाइज्ड]] होते हैं।
प्रभाव हमेशा परमाणुओं के सभी कोर इलेक्ट्रॉनों के कारण विपरीत संकेत के [[ प्रति-चुंबकीय ]] प्रतिक्रिया के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। चुंबकत्व के प्रबल रूपों को समान्यता घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के बजाय स्थानीयकृत की आवश्यकता होती है। यद्यपि, कुछ कारको में एक बैंड संरचना का परिणाम हो सकता है जिसमें विपरीत ऊर्जा वाले दो अलग-अलग उप-बैंड होते हैं जिनमें अलग-अलग ऊर्जा होती है। यदि एक उपबैंड दूसरे के ऊपर तरजीह से भर जाता है, तो किसी के पास लौह-चुंबकीय क्रम हो सकता है। यह स्थिति समान्यता केवल अपेक्षाकृत संकीर्ण (D-) बैंड में होती है, जो खराब रूप से [[डेलोकलाइज्ड]] होते हैं।


==== एस और पी इलेक्ट्रॉनों ====
==== S और P इलेक्ट्रॉनों ====
आम तौर पर, पड़ोसी तरंग कार्यों के साथ बड़े ओवरलैप के कारण एक ठोस में मजबूत विकेन्द्रीकरण का मतलब है कि एक बड़ा [[फर्मी वेग]] होगा; इसका मतलब यह है कि एक बैंड में इलेक्ट्रॉनों की संख्या उस बैंड की ऊर्जा में बदलाव के प्रति कम संवेदनशील होती है, जिसका अर्थ है कमजोर चुंबकत्व। यही कारण है कि एस- और पी-टाइप धातुएं आमतौर पर या तो पाउली-पैरामैग्नेटिक होती हैं या सोने के मामले में डायमैग्नेटिक भी होती हैं। बाद के मामले में बंद खोल के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों से प्रति-चुंबकीय योगदान लगभग मुक्त इलेक्ट्रॉनों के कमजोर अनुचुंबकीय शब्द पर विजय प्राप्त करता है।
समान्यता, पड़ोसी तरंग कार्यों के साथ बड़े अतिव्यापन के कारण एक ठोस में प्रबल विकेन्द्रीकरण का मतलब है कि एक बड़ा [[फर्मी वेग]] होगा; इसका मतलब यह है कि एक बैंड में इलेक्ट्रॉनों की संख्या उस बैंड की ऊर्जा में बदलाव के प्रति कम संवेदनशील होती है, जिसका अर्थ है दुर्बल चुंबकत्व। यही कारण है कि S- और P-प्रकार की धातुएं समान्यता या तो पाउली-अनुचुंबकीय होती हैं या सोने के कारक में प्रति-चुंबकीय भी होती हैं। बाद के कारक में बंद खोल के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों से प्रति-चुंबकीय योगदान लगभग मुक्त इलेक्ट्रॉनों के दुर्बल अनुचुंबकीय शब्द पर विजय प्राप्त करता है।


====डी और एफ इलेक्ट्रॉनों====
====D और F इलेक्ट्रॉनों====
मजबूत चुंबकीय प्रभाव आमतौर पर केवल तभी देखे जाते हैं जब d या f इलेक्ट्रॉन शामिल होते हैं। विशेष रूप से उत्तरार्द्ध आमतौर पर दृढ़ता से स्थानीयकृत होते हैं। इसके अलावा, लैंथेनाइड परमाणु पर चुंबकीय क्षण का आकार काफी बड़ा हो सकता है क्योंकि यह [[ गैडोलीनियम ]] (III) के मामले में 7 अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों तक ले जा सकता है (इसलिए [[एमआरआई]] में इसका उपयोग)। लैंथेनाइड्स से जुड़े उच्च चुंबकीय क्षण एक कारण है कि [[दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक]] आमतौर पर [[Neodymium]] या [[समैरियम]] जैसे तत्वों पर आधारित होते हैं।
प्रबल चुंबकीय प्रभाव समान्यता केवल तभी देखे जाते हैं जब d या f इलेक्ट्रॉन सम्मलित होते हैं। विशेष रूप से उत्तरार्द्ध समान्यता दृढ़ता से स्थानीयकृत होते हैं। इसके अलावा, लैंथेनाइड परमाणु पर चुंबकीय क्षण का आकार काफी बड़ा हो सकता है क्योंकि यह [[ गैडोलीनियम ]] (III) के कारक में 7 अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों तक ले जा सकता है (इसलिए [[एमआरआई]] में इसका उपयोग)। लैंथेनाइड्स से जुड़े उच्च चुंबकीय क्षण एक कारण है कि [[दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक]] समान्यता [[Neodymium]] या [[समैरियम]] जैसे तत्वों पर आधारित होते हैं।


==== आणविक स्थानीयकरण ====
==== आणविक स्थानीयकरण ====
उपरोक्त तस्वीर एक सामान्यीकरण है क्योंकि यह एक आणविक संरचना के बजाय एक विस्तारित जाली वाली सामग्री से संबंधित है। आणविक संरचना से इलेक्ट्रॉनों का स्थानीयकरण भी हो सकता है। यद्यपि आम तौर पर ऊर्जावान कारण होते हैं कि क्यों एक आणविक संरचना का परिणाम ऐसा होता है कि यह आंशिक रूप से भरे हुए ऑर्बिटल्स (अर्थात् अनपेक्षित स्पिन) को प्रदर्शित नहीं करता है, प्रकृति में कुछ गैर-बंद शेल मौएटियां होती हैं। आणविक ऑक्सीजन एक अच्छा उदाहरण है। जमे हुए ठोस में भी इसमें [[ diradical ]]|डी-रेडिकल अणु होते हैं जिसके परिणामस्वरूप अनुचुंबकीय व्यवहार होता है। ऑक्सीजन पी वेव फ़ंक्शंस से प्राप्त ऑर्बिटल्स में अनपेक्षित स्पिन रहते हैं, लेकिन ओवरलैप ओ में एक पड़ोसी तक सीमित है<sub>2</sub> अणु। जाली में अन्य ऑक्सीजन परमाणुओं की दूरी डेलोकलाइज़ेशन की ओर ले जाने के लिए बहुत बड़ी रहती है और चुंबकीय क्षण अप्रभावित रहते हैं।
उपरोक्त तस्वीर एक सामान्यीकरण है क्योंकि यह एक आणविक संरचना के बजाय एक विस्तारित जाली वाली सामग्री से संबंधित है। आणविक संरचना से इलेक्ट्रॉनों का स्थानीयकरण भी हो सकता है। यद्यपि समान्यता ऊर्जावान कारण होते हैं कि क्यों एक आणविक संरचना का परिणाम ऐसा होता है कि यह आंशिक रूप से भरे हुए ऑर्बिटल्स (अर्थात् अनपेक्षित चक्रण) को प्रदर्शित नहीं करता है, प्रकृति में कुछ गैर-बंद शेल मौएटियां होती हैं। आणविक ऑक्सीजन एक अच्छा उदाहरण है। जमे हुए ठोस में भी इसमें [[ diradical ]]|डी-रेडिकल अणु होते हैं जिसके परिणामस्वरूप अनुचुंबकीय व्यवहार होता है। ऑक्सीजन पी वेव फ़ंक्शंस से प्राप्त ऑर्बिटल्स में अनपेक्षित चक्रण रहते हैं, लेकिन अतिव्यापन ओ में एक पड़ोसी तक सीमित है<sub>2</sub> अणु। जाली में अन्य ऑक्सीजन परमाणुओं की दूरी डेलोकलाइज़ेशन की ओर ले जाने के लिए बहुत बड़ी रहती है और चुंबकीय क्षण अप्रभावित रहते हैं।


== सिद्धांत ==
== सिद्धांत ==
बोह्र-वान लीउवेन प्रमेय साबित करता है कि विशुद्ध रूप से शास्त्रीय प्रणाली में कोई प्रतिचुम्बकत्व या अनुचुंबकत्व नहीं हो सकता है। पैरामैग्नेटिक प्रतिक्रिया में दो संभावित क्वांटम मूल होते हैं, या तो आयनों के स्थायी चुंबकीय क्षणों से या सामग्री के अंदर चालन इलेक्ट्रॉनों की स्थानिक गति से आते हैं। दोनों का विवरण नीचे दिया गया है।
बोह्र-वान लीउवेन प्रमेय साबित करता है कि विशुद्ध रूप से शास्त्रीय प्रणाली में कोई प्रतिचुम्बकत्व या अनुचुंबकत्व नहीं हो सकता है। अनुचुंबकीय प्रतिक्रिया में दो संभावित क्वांटम मूल होते हैं, या तो आयनों के स्थायी चुंबकीय क्षणों से या सामग्री के अंदर चालन इलेक्ट्रॉनों की स्थानिक गति से आते हैं। दोनों का विवरण नीचे दिया गया है।


=== क्यूरी का नियम ===
=== क्यूरी का नियम ===
{{main|Curie's law}}
{{main|Curie's law}}
चुंबकीयकरण के निम्न स्तर के लिए, पैरामैग्नेट्स का चुंबकीयकरण क्यूरी के कानून के रूप में जाना जाता है, कम से कम लगभग। यह कानून इंगित करता है कि संवेदनशीलता, <math> \chi</math>अनुचुंबकीय पदार्थों का तापमान उनके तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है, यानी कम तापमान पर सामग्री अधिक चुंबकीय हो जाती है। गणितीय अभिव्यक्ति है:
चुंबकीयकरण के निम्न स्तर के लिए, अनुचंबकीय का चुंबकीयकरण क्यूरी के कानून के रूप में जाना जाता है, कम से कम लगभग। यह कानून इंगित करता है कि संवेदनशीलता, <math> \chi</math>अनुचुंबकीय पदार्थों का तापमान उनके तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है, अर्थात कम तापमान पर सामग्री अधिक चुंबकीय हो जाती है। गणितीय अभिव्यक्ति है:
<math display="block"> \mathbf{M} = \chi\mathbf{H} = \frac{C}{T}\mathbf{H}</math>
<math display="block"> \mathbf{M} = \chi\mathbf{H} = \frac{C}{T}\mathbf{H}</math>
कहाँ:
कहाँ:
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कोणीय गति जे के साथ गैर-बातचीत चुंबकीय क्षणों के साथ एक अनुचुम्बकीय आयन के लिए, क्यूरी स्थिरांक व्यक्तिगत आयनों के चुंबकीय क्षणों से संबंधित है,
कोणीय गति जे के साथ गैर-बातचीत चुंबकीय क्षणों के साथ एक अनुचुम्बकीय आयन के लिए, क्यूरी स्थिरांक व्यक्तिगत आयनों के चुंबकीय क्षणों से संबंधित है,
<math display="block">C=\frac{n}{3k_\mathrm{B}}\mu_{\mathrm{eff}}^2 \text{ where } \mu_{\mathrm{eff}} = g_J \mu_\mathrm{B} \sqrt{J(J+1)}.</math>
<math display="block">C=\frac{n}{3k_\mathrm{B}}\mu_{\mathrm{eff}}^2 \text{ where } \mu_{\mathrm{eff}} = g_J \mu_\mathrm{B} \sqrt{J(J+1)}.</math>
जहाँ n प्रति इकाई आयतन में परमाणुओं की संख्या है। पैरामीटर μ<sub>eff</sub> पैरामैग्नेटिक आयन प्रति प्रभावी चुंबकीय क्षण के रूप में व्याख्या की जाती है। यदि कोई आणविक चुंबकीय क्षणों के साथ शास्त्रीय उपचार का उपयोग असतत चुंबकीय द्विध्रुव, μ के रूप में करता है, तो उसी रूप की एक क्यूरी लॉ अभिव्यक्ति μ के स्थान पर दिखाई देने वाली μ के साथ उभरेगी<sub>eff</sub>.
जहाँ n प्रति इकाई आयतन में परमाणुओं की संख्या है। पैरामीटर μ<sub>eff</sub> अनुचुंबकीय आयन प्रति प्रभावी चुंबकीय क्षण के रूप में व्याख्या की जाती है। यदि कोई आणविक चुंबकीय क्षणों के साथ शास्त्रीय उपचार का उपयोग असतत चुंबकीय द्विध्रुव, μ के रूप में करता है, तो उसी रूप की एक क्यूरी लॉ अभिव्यक्ति μ के स्थान पर दिखाई देने वाली μ के साथ उभरेगी<sub>eff</sub>.


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जब चुंबकीय क्षण में कक्षीय कोणीय गति का योगदान छोटा होता है, जैसा कि अधिकांश [[रेडिकल (रसायन विज्ञान)]] या ऑक्टाहेड्रल संक्रमण धातु परिसरों के लिए डी के साथ होता है<sup>3</sup> या हाई-स्पिन d<sup>5</sup> कॉन्फ़िगरेशन, प्रभावी चुंबकीय क्षण रूप लेता है (जी-कारक (भौतिकी) के साथ|जी-कारक जी<sub>e</sub> = 2.0023... ≈ 2),
जब चुंबकीय क्षण में कक्षीय कोणीय गति का योगदान छोटा होता है, जैसा कि अधिकांश [[रेडिकल (रसायन विज्ञान)]] या ऑक्टाहेड्रल संक्रमण धातु परिसरों के लिए डी के साथ होता है<sup>3</sup> या हाई-चक्रण d<sup>5</sup> कॉन्फ़िगरेशन, प्रभावी चुंबकीय क्षण रूप लेता है (जी-कारक (भौतिकी) के साथ|जी-कारक जी<sub>e</sub> = 2.0023... ≈ 2),
<math display="block">\mu_{\mathrm{eff}}\simeq 2\sqrt{S(S+1)} \mu_\mathrm{B} =\sqrt{N_{\rm u}(N_{\rm u}+2)} \mu_\mathrm{B},</math>
<math display="block">\mu_{\mathrm{eff}}\simeq 2\sqrt{S(S+1)} \mu_\mathrm{B} =\sqrt{N_{\rm u}(N_{\rm u}+2)} \mu_\mathrm{B},</math>
जहां एन<sub>u</sub> अयुग्मित इलेक्ट्रॉन की संख्या है। अन्य संक्रमण धातु परिसरों में यह एक उपयोगी उपज देता है, अगर कुछ हद तक कच्चा, अनुमान।
जहां एन<sub>u</sub> अयुग्मित इलेक्ट्रॉन की संख्या है। अन्य संक्रमण धातु परिसरों में यह एक उपयोगी उपज देता है, अगर कुछ हद तक कच्चा, अनुमान।
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=== पाउली अनुचुंबकत्व ===
=== पाउली अनुचुंबकत्व ===
कुछ क्षार धातुओं और महान धातुओं के लिए, चालन इलेक्ट्रॉन कमजोर रूप से परस्पर क्रिया कर रहे हैं और [[फर्मी गैस]] बनाने वाले अंतरिक्ष में डेलोकलाइज़ हो गए हैं। इन सामग्रियों के लिए चुंबकीय प्रतिक्रिया में एक योगदान इलेक्ट्रॉन स्पिन और पाउली पैरामैग्नेटिज्म के रूप में जाने वाले चुंबकीय क्षेत्र के बीच बातचीत से आता है। एक छोटे चुंबकीय क्षेत्र के लिए <math>\mathbf{H}</math>, इलेक्ट्रॉन स्पिन और चुंबकीय क्षेत्र के बीच बातचीत से प्रति इलेक्ट्रॉन अतिरिक्त ऊर्जा निम्न द्वारा दी जाती है:
कुछ क्षार धातुओं और महान धातुओं के लिए, चालन इलेक्ट्रॉन दुर्बल रूप से परस्पर क्रिया कर रहे हैं और [[फर्मी गैस]] बनाने वाले अंतरिक्ष में डेलोकलाइज़ हो गए हैं। इन पदार्थ के लिए चुंबकीय प्रतिक्रिया में एक योगदान इलेक्ट्रॉन चक्रण और पाउली अनुचुंबकत्व के रूप में जाने वाले चुंबकीय क्षेत्र के बीच बातचीत से आता है। एक छोटे चुंबकीय क्षेत्र के लिए <math>\mathbf{H}</math>, इलेक्ट्रॉन चक्रण और चुंबकीय क्षेत्र के बीच बातचीत से प्रति इलेक्ट्रॉन अतिरिक्त ऊर्जा निम्न द्वारा दी जाती है:


:<math>\Delta E= -\mu_0\mathbf{H}\cdot\boldsymbol{\mu}_e=- \mu_0\mathbf{H}\cdot\left(-g_e\frac{\mu_\mathrm{B}}{\hbar}\mathbf{S}\right)=\pm \mu_0 \mu_\mathrm{B} H,</math>
:<math>\Delta E= -\mu_0\mathbf{H}\cdot\boldsymbol{\mu}_e=- \mu_0\mathbf{H}\cdot\left(-g_e\frac{\mu_\mathrm{B}}{\hbar}\mathbf{S}\right)=\pm \mu_0 \mu_\mathrm{B} H,</math>
कहाँ <math>\mu_0</math> [[वैक्यूम पारगम्यता]] है, <math>\boldsymbol{\mu}_e</math> [[इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षण]] है, <math>\mu_{\rm B}</math> [[ बोहर चुंबक ]] है, <math>\hbar</math> घटा हुआ प्लैंक स्थिरांक है, और जी-फैक्टर (भौतिकी) | जी-फैक्टर स्पिन के साथ रद्द हो जाता है <math>\mathbf{S}=\pm\hbar/2</math>. <math>\pm</math> h> इंगित करता है कि संकेत सकारात्मक (नकारात्मक) है जब इलेक्ट्रॉन स्पिन घटक की दिशा में होता है <math>\mathbf{H}</math> चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर (प्रतिसमांतर) है।
कहाँ <math>\mu_0</math> [[वैक्यूम पारगम्यता]] है, <math>\boldsymbol{\mu}_e</math> [[इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षण]] है, <math>\mu_{\rm B}</math> [[ बोहर चुंबक ]] है, <math>\hbar</math> घटा हुआ प्लैंक स्थिरांक है, और जी-फैक्टर (भौतिकी) | जी-फैक्टर चक्रण के साथ रद्द हो जाता है <math>\mathbf{S}=\pm\hbar/2</math>. <math>\pm</math> h> इंगित करता है कि संकेत सकारात्मक (नकारात्मक) है जब इलेक्ट्रॉन चक्रण घटक की दिशा में होता है <math>\mathbf{H}</math> चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर (प्रतिसमांतर) है।
[[File:Pauli_2bis.jpg|thumb|right|एक धातु में, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के अनुप्रयोग से क्षेत्र के समानांतर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों का घनत्व बढ़ जाता है और विपरीत स्पिन वाले इलेक्ट्रॉनों का घनत्व कम हो जाता है। नोट: इस तस्वीर में तीर घुमाव की दिशा का संकेत देते हैं, चुंबकीय क्षण का नहीं।]][[फर्मी ऊर्जा]] के संबंध में कम तापमान के लिए <math>T_{\rm F}</math> (लगभग 10<sup>4</sup> धातुओं के लिए केल्विन), इलेक्ट्रॉनों की [[संख्या घनत्व]] <math>n_{\uparrow}</math> (<math>n_{\downarrow}</math>) चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर (एंटीपैरल) की ओर इशारा करते हुए लिखा जा सकता है:
[[File:Pauli_2bis.jpg|thumb|right|एक धातु में, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के अनुप्रयोग से क्षेत्र के समानांतर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों का घनत्व बढ़ जाता है और विपरीत चक्रण वाले इलेक्ट्रॉनों का घनत्व कम हो जाता है। नोट: इस तस्वीर में तीर घुमाव की दिशा का संकेत देते हैं, चुंबकीय क्षण का नहीं।]][[फर्मी ऊर्जा]] के संबंध में कम तापमान के लिए <math>T_{\rm F}</math> (लगभग 10<sup>4</sup> धातुओं के लिए केल्विन), इलेक्ट्रॉनों की [[संख्या घनत्व]] <math>n_{\uparrow}</math> (<math>n_{\downarrow}</math>) चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर (एंटीपैरल) की ओर इशारा करते हुए लिखा जा सकता है:


:<math>n_{\uparrow}\approx\frac{n_e}{2}-\frac{\mu_0\mu_\mathrm{B}}{2}g(E_\mathrm{F})H\quad;\quad \left(n_{\downarrow}\approx\frac{n_e}{2}+\frac{\mu_0\mu_\mathrm{B}}{2}g(E_\mathrm{F})H\right),</math>
:<math>n_{\uparrow}\approx\frac{n_e}{2}-\frac{\mu_0\mu_\mathrm{B}}{2}g(E_\mathrm{F})H\quad;\quad \left(n_{\downarrow}\approx\frac{n_e}{2}+\frac{\mu_0\mu_\mathrm{B}}{2}g(E_\mathrm{F})H\right),</math>
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:<math>\chi_\mathrm{P}=\mu_0\mu_\mathrm{B}^2g(E_\mathrm{F}).</math>
:<math>\chi_\mathrm{P}=\mu_0\mu_\mathrm{B}^2g(E_\mathrm{F}).</math>
पाउली अनुचुंबकीय संवेदनशीलता एक मैक्रोस्कोपिक प्रभाव है और इसकी तुलना [[लैंडौ डायमैग्नेटिज्म]] से की जानी चाहिए जो पाउली के माइनस एक तिहाई के बराबर है और डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉनों से भी आता है। पाउली संवेदनशीलता चुंबकीय क्षेत्र के साथ स्पिन इंटरैक्शन से आती है जबकि लैंडौ संवेदनशीलता इलेक्ट्रॉनों की स्थानिक गति से आती है और यह स्पिन से स्वतंत्र है। अपमिश्रित अर्धचालकों में लैंडौ और पाउली की संवेदनशीलता के बीच का अनुपात आवेश वाहकों के प्रभावी द्रव्यमान (ठोस-अवस्था भौतिकी) के रूप में बदलता है <math>m^*</math> इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान से भिन्न हो सकता है <math>m_e</math>.
पाउली अनुचुंबकीय संवेदनशीलता एक मैक्रोस्कोपिक प्रभाव है और इसकी तुलना [[लैंडौ डायमैग्नेटिज्म]] से की जानी चाहिए जो पाउली के माइनस एक तिहाई के बराबर है और डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉनों से भी आता है। पाउली संवेदनशीलता चुंबकीय क्षेत्र के साथ चक्रण इंटरैक्शन से आती है जबकि लैंडौ संवेदनशीलता इलेक्ट्रॉनों की स्थानिक गति से आती है और यह चक्रण से स्वतंत्र है। अपमिश्रित अर्धचालकों में लैंडौ और पाउली की संवेदनशीलता के बीच का अनुपात आवेश वाहकों के प्रभावी द्रव्यमान (ठोस-अवस्था भौतिकी) के रूप में बदलता है <math>m^*</math> इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान से भिन्न हो सकता है <math>m_e</math>.


इलेक्ट्रॉनों की गैस के लिए गणना की गई चुंबकीय प्रतिक्रिया पूरी तस्वीर नहीं है क्योंकि आयनों से आने वाली चुंबकीय संवेदनशीलता को शामिल किया जाना है। इसके अतिरिक्त, ये सूत्र सीमित प्रणालियों के लिए टूट सकते हैं जो थोक से भिन्न होते हैं, जैसे [[क्वांटम डॉट]]्स, या उच्च क्षेत्रों के लिए, जैसा कि [[हास-वैन अल्फेन प्रभाव]] में दिखाया गया है।
इलेक्ट्रॉनों की गैस के लिए गणना की गई चुंबकीय प्रतिक्रिया पूरी तस्वीर नहीं है क्योंकि आयनों से आने वाली चुंबकीय संवेदनशीलता को सम्मलित किया जाना है। इसके अतिरिक्त, ये सूत्र सीमित प्रणालियों के लिए टूट सकते हैं जो थोक से भिन्न होते हैं, जैसे [[क्वांटम डॉट]]्स, या उच्च क्षेत्रों के लिए, जैसा कि [[हास-वैन अल्फेन प्रभाव]] में दिखाया गया है।


पाउली पैरामैग्नेटिज़्म का नाम भौतिक विज्ञानी [[वोल्फगैंग पाउली]] के नाम पर रखा गया है। पाउली के सिद्धांत से पहले, धातुओं में एक मजबूत क्यूरी अनुचुंबकत्व की कमी एक खुली समस्या थी क्योंकि फर्मी-डिराक आंकड़ों के उपयोग के बिना [[ड्रूड मॉडल]] इस योगदान का हिसाब नहीं दे सकता था।
पाउली अनुचुंबकत्व का नाम भौतिक विज्ञानी [[वोल्फगैंग पाउली]] के नाम पर रखा गया है। पाउली के सिद्धांत से पहले, धातुओं में एक प्रबल क्यूरी अनुचुंबकत्व की कमी एक खुली समस्या थी क्योंकि फर्मी-डिराक आंकड़ों के उपयोग के बिना [[ड्रूड मॉडल]] इस योगदान का हिसाब नहीं दे सकता था।
पाउली पैरामैग्नेटिज्म और लैंडौ डायमैग्नेटिज्म अनिवार्य रूप से स्पिन और [[मुक्त इलेक्ट्रॉन मॉडल]] के अनुप्रयोग हैं, पहला इलेक्ट्रॉनों के आंतरिक स्पिन के कारण है; दूसरा उनकी कक्षीय गति के कारण है।<ref>Pauli, Z.Phys. 41, 81, 1927</ref><ref>Landau, Z.Phys. 64, 629, 1930</ref>
पाउली अनुचुंबकत्व और लैंडौ डायमैग्नेटिज्म अनिवार्य रूप से चक्रण और [[मुक्त इलेक्ट्रॉन मॉडल]] के अनुप्रयोग हैं, पहला इलेक्ट्रॉनों के आंतरिक चक्रण के कारण है; दूसरा उनकी कक्षीय गति के कारण है।<ref>Pauli, Z.Phys. 41, 81, 1927</ref><ref>Landau, Z.Phys. 64, 629, 1930</ref>




== पैरामैग्नेट्स के उदाहरण ==
== अनुचंबकीय के उदाहरण ==
जिन सामग्रियों को पैरामैग्नेट कहा जाता है, वे अक्सर वे होती हैं जो क्यूरी या क्यूरी-वीस कानूनों का पालन करने वाली चुंबकीय संवेदनशीलता प्रदर्शित करती हैं, कम से कम एक प्रशंसनीय तापमान सीमा पर। सिद्धांत रूप में कोई भी प्रणाली जिसमें परमाणु, आयन, या अयुग्मित चक्रण वाले अणु होते हैं, को पैरामैग्नेट कहा जा सकता है, लेकिन उनके बीच की अंतःक्रियाओं पर सावधा