Paramagnetismus

Zusammenfassung

Paramagnetismus setzt die Existenz permanenter magnetischer Momente voraus. Dabei kann es sich z.B. um die Momente der itineranten Leitungselektronen eines metallischen Festkörpers handeln (Pauli-Spinparamagnetismus). Wir untersuchen zunächst für das Sommerfeld-Modell (freies Fermi-Gas) die Reaktion dieser itineranten Momente auf ein äußeres Magnetfeld bei T = 0. Anschließend werden Temperaturkorrekturen und Austauschkorrekturen diskutiert. Temperaturkorrekturen erweisen sich als unbedeutend. Austauschkorrekturen sind ein Resultat der im Sommerfeld-Modell vernachlässigten Coulomb-Wechselwirkungen der Leitungselektronen. Zu ihrer approximativen Berechnung verwenden wir das Jellium-Modell.

In Isolatoren stammen die permanenten magnetischen Momente aus nur unvollständig gefüllten Elektronenschalen gewisser am betreffenden Festkörper beteiligter Ionen. Es handelt sich um lokalisierte Momente, die in erster Näherung nicht miteinander wechselwirken. Drei Einflüsse bestimmen die Suszeptibilität eines solchen Paramagneten: die thermische Energie k_BT, die Feldenergie R_B B_o und die Spin-Bahn-Kopplungsenergie ħ² Λ. Für sehr hohe Temperaturen ergibt sich in jedem Fall eine lineare Temperaturabhängigkeit für die inverse Suszeptibilität (Curie-Gesetz).

Einen Spezialfall stellt der praktisch temperaturunabhängige van Vleck-Paramagnetismus dar, der in Systemen beobachtet wird, bei denen das lokalisierte permanente magnetische Moment aus einer Schale stammt, die gerade um ein Elektron weniger als halbgefüllt ist.