自然界物质磁性的起因

自然界中的物质都是由分子组成的，而分子是由原子组成的，原子又是由原子核和核外电子所构成。原子核、电子、原子和分子都在不停地运动着，随着它们的运动，必定会产生磁效应，这个磁效应就是磁性。

原子核运动所产生的磁效应称为原子核的磁性，电子运动所产生的磁效应称为电子的磁性。原子核的磁性用原子核磁矩表示，电子的磁性用电子磁矩表示。但由于原子核磁矩通常很小，仅为电子磁矩的千分之一，所以一般情况下可忽略不计。

原子核外的电子同时呈现两种运动，其一是沿围绕原子核的电子轨道运动;其二是电子本身的自旋运动，这两种运动都产生磁效应。因此，电子磁矩实际上包含电子轨道磁矩和电子自旋磁矩两部分。从理论上讲，原子磁矩包括原子核磁矩和电子磁矩两部分，但因原子核磁矩通常可忽略不计，所以原子磁矩主要是电子轨道磁矩与电子自旋磁矩的矢量和。

许多磁性物质都是具有各种结构的晶体，晶体中存在着晶格场。由于受到晶格场的作用，电子轨道磁矩的方向是变化的，因而不能产生联合磁矩，这一现象被称为轨道磁矩的碎灭，亦即它对外不表现磁性。显然，原子的磁性主要来源于电子的自旋磁矩。由此可见，电子自旋磁矩是许多固态物质的磁性根源。

在原子中，电子分布在不同的轨道中，形成若干个壳层。具有相同主量子数(n值)的电子，构成一个主壳层。在同一主壳层中，电子的轨道形状还有差别，在不同形状的轨道中运动的电子又形成若干个次壳层。所谓电子的分布，是指在一个主壳层和次壳层中最多能容纳的电子数，该数反映电子在各个壳层中的充填情况。在填满了电子的次壳层中，各个电子沿轨道运动，分别占据了所有可能的方向，从而形成了一个球形的对称体。因此，合成的总轨道磁矩等于零，电子的自旋磁矩也相互抵消。这表明，原子的磁性仅以未被填满的次壳层中的电子的自旋磁矩表现出来。然而应该指出:原子中存在着位于未被填满的那些次壳层中的电子，只是物质具有磁性的必要条件，并不是充分条件。处在不同原子中未被填满的壳层中的电子，它们之间有“交换作用”，而这种交换作用才是物料具有磁性的重要原因。