강자성체

전자는 스핀이라는 특성을 갖고 있는데, 쉽게 말하면 전자 1개가 아주 작은 자석이 된다는 뜻입니다. 전자들은 다들 음전하를 갖고 있으므로 서로 반발하여 뭉치지 못하고, 따라서 전자 1개의 자기장은 서로 합쳐지지 못해서 강하게 드러나지 않습니다. 그런데, 원자핵 주변에 전자가 존재하는 경우, 즉 원자를 구성하는 경우에는 이야기가 달라지는데요. 원자핵이 전자의 음전하를 상쇄시켜주므로 원자핵 주변에는 여러개의 전자들이 존재할 수 있고, 이러한 원자들이 모여서 덩어리를 만들게 되면 엄청나게 많은 전자가 뭉쳐있으므로 자기장이 모두 합쳐져서 크게 나타날 가능성이 생깁니다. 그러나 아무 원자나 그렇게 큰 자기장을 나타내지는 않죠. 전자가 원자핵과 달라붙을 때, 가급적이면 위치에너지가 낮은 쪽으로 달라붙으려고 합니다. 이것은 여러개의 전자가 원자핵 주변에 있을 때에도 마찬가지인데, 원자핵과 전자는 전기적인 힘으로 상호작용하고, 이 힘이 전자들 사이의 전기력보다 강하기 때문에 서로 달라붙어 있는 것이죠. 하지만 여전히 전자들 사이의 스핀은 남아있고, 이것은 원자핵이 상쇄시켜주지 않기 때문에 스핀이 서로 상호작용하게 됩니다. 자석을 갖고 놀아본 사람은 다들 알겠지만 자석은 서로 반대 극으로 달라붙으려고 합니다. N극은 S극으로 달려가지 N극으로 가지는 않죠. 전자도 마찬가지인데, 서로 반대 방향으로 존재하는 것이 좀 더 위치에너지가 낮은 상태입니다. 따라서 원자에 있는 전자들은 두개씩 짝지었을 때 서로 스핀이 상쇄되는 방향으로 정렬되어 있고, 원자는 자기장을 내보내지 않습니다. 하지만 전자가 하나 남아서 스핀이 남는 경우에는 이 자기장이 밖으로 드러나게 됩니다. 이런 원자들이 아주 많이 모여있는 물질 덩어리에 외부에서 강한 자기장을 걸어서 이 스핀들이 한 방향으로 정렬되면 이 덩어리는 자석이 됩니다. 이게 강자성체죠.