Aatomspin

Magnetväljad tekivad alati laengute liikumise tõttu. Ka aine magnetilised omadused, nimelt ferro-, para- ja diamagnetism, määratakse materjali aatomites paiknevate laetud elementaarosakeste liikumisseisundite järgi. Seejuures tekivad magnetilised toimed, mis käituvad üksikute aatomite asukohas nagu väikesed elementaarmagnetid ehk, füüsikakeeles väljendudes, nagu magnetmomendid.

Panused aatomspinile: elektronspinn, orbiidimoment ja tuumaspinn

Suurima panuse aatomite magnetmomenti annab elektronspinn. Elektronspinn on vastupidiselt elektronide liikumisele ümber aatomituuma (nn orbiidimoment) elektronide endi omadus, mida võib teatud määral ette kujutada nagu laetud kuuli pöörlemist oma telje ümber, kuigi füüsika näitab, et see kujutlus ei ole päris korrektne.

Elektronspinn ei ole siiski ainus elementaarmagnet. Ka nn orbiidiline pöördemoment, s.t elektronide liikumine ümber aatomituuma, annab panuse aatomite kogumagnetmomenti. Väga palju sõltub magnetmaterjali tüübist, milline panus on suurim. Levinud ferromagnetilistes materjalides (raud, koobalt, nikkel) domineerib elektronspinn.
On siiski palju ühendeid ja sulameid (nt samarium-koobalt), millel esineb ka elektronide ümber tuuma orbiidiline magnetmoment, mis annab olulise panuse magnetismi. Lisaks on olemas tuumaspinn, mis on umbes teguri 1000 võrra nõrgem kui elektronspinn. Aatomituumadel võib olla väga erinev spinn, sest nende koguspinn moodustub kõigi prootonite ja neutronite spinnide summast aatomituumas. Prootonite ja neutronite spinn omakorda tuleneb kvarkide spinnist, mis on aatomituuma üles ehitavad elementaarosakesed.

Siin mõistetakse aatomspinni all aatomite kogu magnetmomenti, mis määrab materjali magnetilised omadused. Selle saab arvutada üksikute panuste (elektronspinn, tuumaspinn, orbiidimoment) vektoriaalse liitmise teel (vt joonis).

Ferromagnetilistes ainetes põhjustab joondunud elektronspinnide täiendava stabiliseerimise nn vahetusvahekordumine. Seetõttu on elektronispinni panus magnetiseeritusse väga suur ja ferromagnetilised ained on hõlpsasti magnetiseeritavad. Need võimendavad magnetväljas magnetilisi jõude teguriga, mida nimetatakse "magnetiline permeaablus" μ-ks ja mis võib ulatuda kuni μ=150 000.