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상자성

상자성(常磁性, paramagnetism)은 물질이 외부 자기장에 노출되었을 때 자기장과 같은 방향으로 약하게 자화되는 자기적 성질을 의미한다. 외부 자기장이 존재할 때만 자기적 성질을 나타내며, 자기장이 사라지면 자성을 잃는다는 점에서 자기장이 제거된 후에도 자성이 유지되는 강자성(ferromagnetism)과 구별된다.

상자성 물질은 외부 자기장에 끌리며, 상대 자기 투자율이 1보다 크고 양의 자화율(magnetic susceptibility)을 가진다. 외부 자기장이 인가되면 물질 내의 원자나 분자가 가진 짝을 이루지 못한 전자(unpaired electron)들의 자기 모멘트(스핀)가 자기장 방향으로 정렬되려는 경향을 보인다. 그러나 열적 운동(thermal agitation)이 이 정렬을 방해하므로, 외부 자기장이 제거되면 스핀은 다시 무작위로 배향되어 순자화(net magnetization)는 사라진다. 자기장의 세기가 약할 때 자화도(magnetization)는 자기장의 세기에 선형적으로 비례한다.

상자성의 정도는 온도에 반비례하는 경향이 있으며, 이 관계는 퀴리 법칙(Curie's law)으로 설명된다. 온도가 높아질수록 열적 운동이 증가하여 자기 모멘트의 정렬이 방해받으므로 상자성은 약해진다.

대표적인 상자성 물질로는 알루미늄(aluminium), 백금(platinum), 망가니즈(manganese), 산소(oxygen), 그리고 희토류 원소를 포함한 여러 화합물이 있다. 이들 물질의 자화율은 실온에서 약 10⁻⁵~10⁻³ 범위의 값을 가진다.

상자성의 개념은 1845년 영국의 과학자 마이클 패러데이(Michael Faraday)에 의해 처음 명명되었으며, 이후 물리학과 화학의 여러 분야에서 연구되었다. 상자성은 자기공명영상(MRI)의 조영제, 단열소자냉각(adiabatic demagnetization refrigeration), 전자스핀공명(electron spin resonance, ESR) 등 다양한 과학 및 의료 기술에 응용된다.

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