Diamagnetism

Diamagnetism on materjali omadus tekitada välises magnetväljas sellele vastu töötavat magnetvälja. Välise magnetvälja ja materjali vahel tekib tõukumine. Selle omaduse tõttu avaldub diamagnetism vaid välise välja olemasolul. Üldjuhul on diamagnetism üpris nõrk nähtus, kuid ülijuhtides avaldub tugevat efekti.
Diamagnetismile vastandlik nähtus on paramagnetism, mille käigus vaadeldav materjal tõmbub välise magnetvälja poole.

Ajalugu

S. J. Brugmans avastas 1778. aastal, et vismut ja antimon tõrjuvad väliseid magnetvälju. Mõiste "diamagnetism" lõi Michael Faraday 1845. aastal, kui ta leidis, et kõik materjalid looduses omasid mingil määral diamagnetilist vastasmõju välisele rakendatud magnetväljale.

Ülijuhtivus

Kuigi diamagnetism on teiste magnetismi nähtustega võrreldes üpris nõrk, esineb siiski ka ülijuhtivust. See nähtus esineb üldjuhul madalatel temperatuuridel. Ülijuhid on täiuslikud diamagnetilised materjalid ja tõrjuvad enda seest väljamagnetvälja jõujooni (sõltuvalt välja intensiivsusest ja temperatuurist). Tänu diamagnetismile on ülijuhtide elektriline takistus null. On täheldatud, et ülijuhid on suutelised ennast märkimisväärse jõuga puruks rebima, et pääseda välisest magnetväljast. Ülijuhtmagnetid on tähtsad komponendid magnetresonantstomograafias.
Tuleb meeles pidada, et diamagnetism on aine omadus, ülijuhtivus on aine olek.
Ülijuhtivust võib iseloomustada ka läbi elektrilise takistuse rakendatud elektrivoolu suhtes. Kui takistus on positiivne, on tegu hariliku metalliga (eeldades, et esineb mingit juhtivust – tegu pole isolaatoriga). Kui elektriline takistus aga läheneb nullile, on tegu ülijuhiga.
Igas juhis esineb muutuvas magnetväljas tugevat diamaagnetismi. See on selle pärast, et juhis tekivad välisele magnetväljale vastu töötavad pöörisväljad. Ülijuht on täiuslik diamagneetik, sest selles tekkivatele pöörisväljadele ei avaldata mingit takistust . Diamagnetilistest materjalidest avalduvate väljade jõujooned kaarduvad materjalist eemale. Ülijuhtides tõrjutakse need täielikult õhukesse pinnakihti.
Ülijuhid on ained, mille elektriline takistus langeb nullini alla kriitilist temperatuuri. Teatud tüüpi ülijuhtides esineb ülijuhtivusseisundis täiuslik diamagnetism. Selle tõttu tõrjub ülijuht välise magnetvälja endast välja ja rakendatav magnetväli on materjali sees null. See nähtus kannab nime Meissneri efekt. Tuues püsimagneti ülijuhi lähedusse, tõrjuvad kaks materjali üksteist. Sellega on võimalik tekitada magnetilist levitatsiooni.

Magnetiline levitatsioon

Diamagneetikud tõukavad välist välja ja tõukuvad ise tugeva magnetvälja suhtes. Kaks tugevaimate diamagnetiliste omadustega materjali on grafiit ja vismut.
Hoolimata, et diamagnetilised jõud on võrreldes ferromagnetiliste ainete, näiteks raua, mõjudega nõrgad, saab diamagnetismi abil tekitada ebatavalisi nähtusi, nagu näiteks levitatsiooni.
1842. aastal tõestati (Earnshaw' teoreem), et on võimatu panna hõljuma staatiliselt asetsevaid rivimagneteid, kasutades ükskõik, millise paigutusega liikumatuid magneteid ja gravitatsiooni. Siiski muudab diamagnetiliste materjalide lisamine nähtuse võimalikuks.
Näiteks on võimalik panna magnet hõljuma, kasutades vertikaalset ülijuhist solenoidelektromagnetit. See elektromagnet on vertikaalselt stabiilne, aga horisontaalselt ebastabiilne. See tähendab, et hõljuv magnet hakkab liikuma elektromagneti tsentrist eemale ja liikuma vastu solenoidi seinu. Kui solenoidi seinad on kaetud vismutiga, mis on diamagnetiline, hakkab hõljuv magnet sellest samuti tõukuma ja stabiliseerib oma positsiooni. Tekib stabiilne levitatsioon.
Kui elektromagnet on stabiilne horisontaalselt, aga vertikaalselt ebastabiilne, saab magnetit panna hõljuma diamagnetiliste plaatidega, mis asetatakse hõljutatava magneti alla ja kohale. Diamagnetilisteks plaatideks saab kasutada näiteks inimsõrmi.
Kui vertikaalseks stabiliseerimiseks kasutada tugevama efektiga dimagneetikut, nagu näiteks grafiiti, saab hõljumisnähtust tekitada ka väiksemate püsimagnetitega.
Diamagneetilst levitatsiooni on sooritatud ka elava koega. Magnetvälja on hõljuma pandud näiteks elus konn. Diamagnetiline tõukumine tasakaalustab kehale mõjuva gravitatsiooni ühtlaselt üle keha. See võimaldab uurida kaalutu oleku mõju väikestel kehadel, avakosmosesse minemata.
Magnetväljas võib panna stabiilselt hõljuma õhukese kihi pürolüütilist grafiiti, mis on tugevalt diamagnetiline materjal. Seda on võimalik teha toatemperatuuril ja see katse sobib diamagnetismi demonstratsiooniks.