Η μαγνητική ροπή ενός ατόμου είναι η κύρια φυσική διανυσματική ποσότητα που χαρακτηρίζει τις μαγνητικές ιδιότητες οποιασδήποτε ουσίας. Η πηγή σχηματισμού του μαγνητισμού, σύμφωνα με την κλασική ηλεκτρομαγνητική θεωρία, είναι τα μικρορεύματα που προκύπτουν από την κίνηση ενός ηλεκτρονίου σε τροχιά. Η μαγνητική ροπή είναι μια απαραίτητη ιδιότητα όλων των στοιχειωδών σωματιδίων, των πυρήνων, των κελυφών ατομικών ηλεκτρονίων και των μορίων χωρίς εξαίρεση.
Ο μαγνητισμός, ο οποίος είναι εγγενής σε όλα τα στοιχειώδη σωματίδια, σύμφωνα με την κβαντομηχανική, οφείλεται στην παρουσία μιας μηχανικής ροπής σε αυτά, που ονομάζεται σπιν (η δική του μηχανική ορμή κβαντικής φύσης). Οι μαγνητικές ιδιότητες του ατομικού πυρήνα αποτελούνται από τις ροπές σπιν των συστατικών μερών του πυρήνα - πρωτόνια και νετρόνια. Τα ηλεκτρονικά κελύφη (ενδοατομικές τροχιές) έχουν επίσης μαγνητική ροπή, η οποία είναι το άθροισμα των μαγνητικών ροπών των ηλεκτρονίων που βρίσκονται πάνω τους.
Με άλλα λόγια, οι μαγνητικές ροπές του δημοτικούΤα σωματίδια και τα ατομικά τροχιακά οφείλονται σε ένα ενδοατομικό κβαντομηχανικό φαινόμενο γνωστό ως ορμή σπιν. Αυτό το φαινόμενο είναι παρόμοιο με τη γωνιακή ορμή περιστροφής γύρω από τον κεντρικό του άξονα. Η ορμή του σπιν μετριέται στη σταθερά του Planck, τη θεμελιώδη σταθερά της κβαντικής θεωρίας.
Όλα τα νετρόνια, τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια, από τα οποία στην πραγματικότητα αποτελείται το άτομο, σύμφωνα με τον Planck, έχουν σπιν ίσο με ½. Στη δομή ενός ατόμου, τα ηλεκτρόνια, που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, εκτός από την ορμή του σπιν, έχουν και μια τροχιακή γωνιακή ορμή. Ο πυρήνας, αν και καταλαμβάνει μια στατική θέση, έχει επίσης μια γωνιακή ορμή, η οποία δημιουργείται από το φαινόμενο του πυρηνικού σπιν.
Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί μια ατομική μαγνητική ροπή καθορίζεται από τις διάφορες μορφές αυτής της γωνιακής ορμής. Η πιο αξιοσημείωτη συμβολή στη δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου γίνεται από το φαινόμενο σπιν. Σύμφωνα με την αρχή Pauli, σύμφωνα με την οποία δύο πανομοιότυπα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα στην ίδια κβαντική κατάσταση, τα δεσμευμένα ηλεκτρόνια συγχωνεύονται, ενώ οι ροπές σπιν τους αποκτούν διαμετρικά αντίθετες προβολές. Σε αυτή την περίπτωση, η μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου μειώνεται, γεγονός που μειώνει τις μαγνητικές ιδιότητες ολόκληρης της δομής. Σε ορισμένα στοιχεία που έχουν ζυγό αριθμό ηλεκτρονίων, αυτή η ροπή μειώνεται στο μηδέν και οι ουσίες παύουν να έχουν μαγνητικές ιδιότητες. Έτσι, η μαγνητική ροπή μεμονωμένων στοιχειωδών σωματιδίων έχει άμεσο αντίκτυπο στις μαγνητικές ιδιότητες ολόκληρου του πυρηνικού-ατομικού συστήματος.
Σιδηρομαγνητικά στοιχεία με περιττό αριθμό ηλεκτρονίων θα έχουν πάντα μη μηδενικό μαγνητισμό λόγω του μη ζευγαρωμένου ηλεκτρονίου. Σε τέτοια στοιχεία, τα γειτονικά τροχιακά επικαλύπτονται και όλες οι ροπές σπιν των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων παίρνουν τον ίδιο προσανατολισμό στο διάστημα, γεγονός που οδηγεί στην επίτευξη της χαμηλότερης ενεργειακής κατάστασης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αλληλεπίδραση ανταλλαγής.
Με αυτήν την ευθυγράμμιση των μαγνητικών ροπών των σιδηρομαγνητικών ατόμων, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο. Και τα παραμαγνητικά στοιχεία, που αποτελούνται από άτομα με αποπροσανατολισμένες μαγνητικές ροπές, δεν έχουν δικό τους μαγνητικό πεδίο. Αλλά αν ενεργήσετε πάνω τους με μια εξωτερική πηγή μαγνητισμού, τότε οι μαγνητικές ροπές των ατόμων θα εξισωθούν και αυτά τα στοιχεία θα αποκτήσουν επίσης μαγνητικές ιδιότητες.
