상자성이란...

쌓음의 원리는 에너지가 가장 낮은 곳부터 전자가 채워진다는거!

 

파울리의 배타원리는 한 칸에 전자가 두개씩, 즉 한쌍이 들어가는데 그 두 전자의 방향이 반대라는거!!

 

훈트규칙은 전자가 채워질 때,

같은 에너지레벨에 있는 칸들 중, 한 칸에 하나씩 전자가 채워진 다음에, 하나씩 전자가 다 차면, 그 다음 파울리 배타원리의 원칙에 따라 나머지 하나가 반대방향으로 채워진다는거!!

 

물질의 자기적 성질은 그 물질의 원자구조와 관련되어 있습니다. 
원자에 있어서 전자의 원운동은 작은 순환전류라고 볼 수 있습니다. 즉 원형전류가 되는 셈이죠...
따라서 그 자신이 한개의 작은 자석이 되는 것이고 일정한 자기모멘트를 갖게 됩니다. 

양자역학에서는 방향도 양자화 되어있어서 전자가 궤도에서 원운동을 할 때 각운동량 벡터의 z방향 성분이 이상적인 값만을 가질 수있는 데 이와 관련하여 직접 관측할 수 있는 물리량이 '궤도 자기모멘트' 이다. 
즉, 전자의 궤도상의 원운동에 의해 만들어지는 자기장의 방향성을 나타낸다고 볼 수 있다 
이외에도 전자의 자전에 의한 스핀 자기모멘트도 있다. 
1. 상자성 
원자가 자기모멘트를 가질 때, 이것을 자기장 속에 넣으면 토크(돌림힘:회전시키려는 힘)에 의해 자기장의 방향으로 향하게 된다. 그 결과 물질 전체적으로 약간의 자기모멘트를 띠게 된다. 
(쉽게 말해 원자들이 각각 만드는 자기모멘트는 서로 방향이 뒤죽박죽이어서 상쇄되고 겉으로는 0으로 보인다. 그러나 외부에서 자기장을 걸어주면 원자들이 만즌 자기모멘트가 한방향으로 배열되어 물질 전체가 자석처럼 한 방향의 자기모멘트를 갖게 된다.)

이러한 현상을 자화라고 한다. 마치 부도체 주변에 대전체를 가져갈 때 생기는 유전분극과 매우 흡사한 현상이다. 

이와 같이 외부자기장과 같은 방향으로 자기모멘트가 생기는 성질이 '상자성'이다. 
주로 천이금속(크롬,망간,철, 몰리브덴 등)이나 희토류(Europium, Gadolinium 등)의 원자가 고체 내에 포함되어 있는 경우이다. 

천이금속 이외의 금속은 약한 상자성을 갖는다. 이것은 전도전자의 스핀자기모멘트에 기인한다. 여기서 각 에너지 준위에 자기모멘트가 자기장의 방향을 향하는 전자와 역방향을 향하는 전자가 한개씩 존재한다. 역방향의 전자가 자기장방향으로 역전할 수 없다. 이를 화학에서 들어본 'Pauli의 배타원리'라고 한다. 

2. 반자성
이는 패러데이가 자석을 비스무스(Bi)근처에 가가이하면 약한 척력이 작용하는 것을 발견하고, 이와같은 성질의 물질은 '반자성체'라고 하였다. 
보통 모든 물질에 반자성은 존재하지만, 상자성체나 강자성체는 그 존재가 가려진다. 
그러나 원자의 자기모멘트가 완전히 소거될때에는 이 현상이 나타난다. 그 예로 초전도체를 들 수 있다. 초전도체는 표면 전류에 의해 내부의 자장이 완전히 소거되어 완전 반자성체가 된다. 따라서 초전도체를 자석위 에 두면 척력에 의해 뜰 수있는 것이다.

3. 강자성
일부 물질은 자화되는 정도가 매우 강하며 자화율이 아주 크다. 이러한 물체를 강자성체라고 한다. 

강자성체로는 원소 Fe, Co, Ni, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm과 Fe, Co, Ni, Mn등을 포합한 합금이나 산화물 등이 있다. 

그 특징중의 하나로 외부의 자장이 없어도 자화가 존재하는 것이다.('자발자화')
그 이유는 강자성체내에서 자기모멘트를 갖는 원자가 이웃원자와 강한 상호작용으로 결합하여 서로 평행하게 되는 것이 에너지적으로 안정되기 때문이다. 
그러나, 온도가 높아지면 열운동에 의한 교란이 커져 자화를 감소시키게 되는 데 일정의 임계각(큐리온도)을 넘어가면 자화가 소멸하여 상자성체로 된다. 

자발자화가 되는 물질을 우리는 자석이라 부른다. 자석을 가열하면 자석의 능력을 잃게 된다. 

철의 경우 몇 개의 영역으로 나누어져 각 구역마다 같은 방향의 자기모멘트를 갖고 있다. 그러나 각 구역의 자기모멘트를 모두 합치면 전체적으로는 0이 된어 자화되어 있지 않다. 
그러나 외부에서 자기장을 걸어주면 쉽게 자화가 된다. 따라서 약한 자기장에 의해서도 강하게 자화가 되는 것이다.