자유전자기체의 총자기화

자성은 양자역학과 떨어질수 없는 관계가 있다. 왜냐하면 엄밀하게 고전적인 계는 열평형시 자기장하에서도 자기 모우먼트를 나타낼수 없기 때문이다. 자유 원자의 자기 모우먼트는 세가지 주요한 원천을 갖고 있다. 즉 전자의 스핀, 핵주위로 선회하는 전자의 궤도 각운동량 및 자기장의 작용으로 인하여 유도되는 궤도 모우먼트의 변화가 바로 그것이다. 처음 두효과는 자기화에 상저성의 기여를 하며 세 번째 것은 반자성의 기여를 한다. 수소원자의 바닥 1s 상태에서는궤도 모두먼트는 영이므로 자기모우먼트는 전자스핀에 의한 것과 미약한 유도반자성모우먼트로 되어 있다. 헬륨의 1s2 상태에서는 스핌모두먼트와 궤도모우먼트가 다 같이 영이되고 유도모우먼트만이 존재하게 된다. 전자각이 완전히 차있는 원자는 영의 스핀과 영의 궤도 모우먼트를 갖고 있으므로 스핀 및 궤도 모우먼트는 가득차 있지 않는 전자각과 관련이 있는 것이다. 자기화 M은 단위체적당의 자기모우먼트로 정의된다. 단위체적당의 자기감수율은 로 정의한다. 여기서 B는 거시적인 자기장 세기이다. 두가지 단위계에서 모두 는 차원이 없다. 때때로 편의상 단위계를 지적하지 않고 M/B를 감수율이라고 할 때도 있을 것이다. 흔히 물질의 단위질량또는 일 몰당 감수율을 정의하기도 한다. 몰 감수율은 M으로 표시하고 그램당 자기 모우먼트는 때때로 σ로 표시한다. 음의 자기감수율을 가진 물질을 반자성이라고 부르고 양의 감수율을 가진 물질을 상자성이라고 부른다. 이와같은 정령은 강자성, 준강자성,반강자성 나선형 또는 이보다 더 복잡한 형태일수가 있다. 핵자기 모우먼트는 핵상자성을 일으킨다. 핵의 자기 모우먼트는 전자의 자기 모우먼트보다10-3배 정도나 작다.