¿Por qué desaparece la magnetización en un material diamagnético en ausencia de un campo magnético externo?

Question

Aunque esencialmente presente en todas las sustancias, el diamagnetismo es un efecto mucho más débil y, por tanto, a menudo suprimido por efectos opuestos relativamente fuertes, como el paramagnetismo. Este efecto se observa exclusivamente en los sólidos que no tienen ningún momento magnético permanente intrínseco (dipolo), es decir, que no contienen electrones de valencia no apareados. La existencia de momentos magnéticos muy pequeños distintos de cero en estos materiales se atribuye al movimiento orbital de los electrones.

¿Por qué entonces, en ausencia de un campo magnético externo, la magnetización macroscópica es nula? ¿Cómo se entiende esto desde la teoría clásica de Langevin y la teoría cuántica?

Answer 1

No creo que tu pregunta necesite de la física cuántica para explicarse.

En primer lugar, todos los materiales tienen contribuciones diamagnéticas, y genéricamente eso es independiente de que existan o no momentos magnéticos intrínsecos; todo lo que se necesita es carga. Incluso los tratamientos cuánticos (como los realizados por Langevin o Landau, por ejemplo) no requieren momentos magnéticos preexistentes.

Consideremos el caso de un plasma de electrones libres en equilibrio térmico. Por el teorema de Bohr-van Leeuwen, no puede haber un momento magnético neto para el plasma en equilibrio. Ahora encienda un campo magnético. El sistema saldrá del equilibrio y generará una corriente opuesta al campo magnético (es decir, la ley de Faraday). Esta corriente finita implica un momento magnético neto, lo que significa que el plasma es diamagnético.

Si uno se preguntara en esta situación: "¿Por qué entonces, en ausencia de un campo magnético externo, la magnetización macroscópica es cero?". La respuesta es que no había ninguna razón para que los momentos se alinearan (ninguna interacción de intercambio, etc.)