paramagnetisch

Paramagnetisch beschreibt eine Eigenschaft bestimmter Stoffe, eine positive magnetische Suszeptibilität χ zu besitzen, die durch äußere Magnetfelder eine orientierung ungepaarter Elektronenspins bewirkt. In einem externen Feld richten sich die magnetischen Momente der ungepaarten Elektronen tendenziell entlang des Feldes aus, während die thermische Bewegung die Orientierung hemmt. Das führt zu einer netten Magnetisierung M = χH, wobei χ üblicherweise positiv und relativ klein ist. Nach der Temperatur hat der Effekt oft eine große Bedeutung: bei vielen Paramagneten fällt χ mit steigender Temperatur ab.

Die Ursachen des Paramagnetismus lassen sich in verschiedene Kategorien einteilen. Der klassische chemische Paramagnetismus entsteht durch ungepaarte Elektronenspins in Ionen oder Molekülen. In Metallen kann Paramagnetismus auch durch die Leitungselektronen verursacht werden (Pauli-Paramagnetismus), der in erster Näherung temperaturunabhängig ist. Eine weitere Form ist der Van-Vleck-Paramagnetismus, der aus der Mischbarkeit benachbarter Energieniveaus durch das Feld resultiert und häufig temperaturunabhängig ist.

Paramagnetismus unterscheidet sich deutlich von Diamagnetismus, bei dem χ negativ ist und das Material dem Feld entgegenwirkt, sowie von Ferromagnetismus, der eine spontane Magnetisierung und Hysterese zeigt. Paramagnetische Stoffe zeigen keine bleibende Ausrichtung nach Entfernen des Feldes.

Typische Beispiele sind Sauerstoffgas, Aluminium, Platin sowie viele Übergangsmetall- und seltene-Erden-Ionen in Verbindungen und Festkörpern. Paramagnetische Eigenschaften werden in Spektroskopie, EPR/ESR und magnetischen Messungen genutzt, um Unpaired-Electron-Zustände, Struktur und Wechselwirkungen zu untersuchen.