Tạo ra một nam châm bằng cách nào?
Khi nghiên cứu từ tính của một mảnh thủy tinh hoặc chì, Faraday đã nhận thấy biểu hiện kỳ lạ của nó: trái với sắt, khi được treo giữa hai cực của một nam châm điện mạnh, nó hướng thẳng góc với chiều của từ trường. Ông đã gọi thủy tinh này là “nghịch từ” để đối lập với các vật liệu “thuận từ” khác vẫn hướng theo chiều của trường.
Muốn hiểu hiện tượng này thì phải chuyển hiệu ứng vĩ mô trong tương tác của các dòng điện và từ trường sang quy mô nguyên tử. Đám mây điện tử tạo ra một trường theo di chuyển của các electron, một hiệu ứng giống như hiệu ứng đã được Ampère mô tả. Bản thân các electron có một momen từ nội tại gọi là “spin”. Cũng giống như đối với các hạt có nhân trong đó các spin hợp sức tạo ra một momen từ của nhân, nhưng momen từ này luôn luôn yếu hơn nhiều so với hai loại đầu.
“Nghịch từ” là hệ quả trực tiếp của định luật cảm ứng. Khi người ta đưa một thanh nam châm lại gần một vật thể nào đó, thì chuyển động của các electron xung quanh nhân của nó nhanh hay chậm theo cách chống lại sự biến thiên này của từ. Tất cả các momen từ được cảm ứng theo cách này đều tụ lại để tạo ra một cực đối lập và gây nên sức đẩy.
Trong hiện tượng ''thuận từ'', số electron ở phía ngoài nguyên tử không nhiều lắm để bắt cặp với nhau như trường hợp ở các lớp bên trong: spin của các electron đơn độc này không bị triệt tiêu, và bằng cách hướng tự do theo chiều của trường bên ngoài, tạo ra một momen từ toàn diện, điều này giải thích sức hấp dẫn tới một trong hai cực và dãy đã quan sát.
Trong hiện tượng “sắt từ”, số electron không bắt cặp nhiều hơn và các momen từ kết hợp của chúng có ảnh hưởng tới các lớp electron của những nguyên tử bên cạnh. Tương tác này làm ổn định tất cả các momen riêng biệt ở trong các miền rộng mà Pierre Weiss đã mô tả năm 1906.
Tuy nhiên, sự kết hợp của các electron đơn độc này không phải là không có tính chất phá hủy. Nó không chịu được sự khuấy nhiệt và yếu đi trước một trường đối kháng cho tới khi bị triệt tiêu vì giá trị “kháng từ” của trường này. Nếu trường tiếp tục tăng lên, thì sự phân cực bị đảo ngược và hiện tượng từ hóa giảm xuống tới một giá trị tương ứng với sự bão hòa. Vì nam châm sắt từ có thể hoạt động trở lại nên người ta đã mô tả “chu kỳ trễ từ” của nó là một hoạt động thường thể hiện trong các bộ nhớ từ của máy tính. Các hợp kim có sự từ hóa từ dư mạnh và một trường kháng từ lớn là quý giá nhất trong những ứng dụng này, như samanri-coban (Sm, Co), Niobi-sắt-bo (Nd, Fe, Bo).
