Mômen từ của nguyên tử là đại lượng vectơ vật lý chính đặc trưng cho tính chất từ của bất kỳ chất nào. Nguồn gốc của sự hình thành từ tính, theo lý thuyết điện từ cổ điển, là các dòng vi mô phát sinh từ chuyển động của một electron trên quỹ đạo. Mômen từ là tính chất không thể thiếu của tất cả các hạt cơ bản, hạt nhân, vỏ electron nguyên tử và các phân tử không có ngoại lệ.
Từ tính, vốn có trong tất cả các hạt cơ bản, theo cơ học lượng tử, là do sự hiện diện của một mômen cơ học trong chúng, được gọi là spin (động lượng cơ học của riêng nó có bản chất lượng tử). Các tính chất từ của hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ mômen spin của các bộ phận cấu thành của hạt nhân - proton và neutron. Vỏ điện tử (quỹ đạo nội nguyên tử) cũng có mômen từ, là tổng mômen từ của các điện tử nằm trên nó.
Nói cách khác, mômen từ cơ bảncác hạt và obitan nguyên tử là do hiệu ứng cơ lượng tử nội nguyên tử được gọi là động lượng spin. Hiệu ứng này tương tự như mômen động lượng quay quanh trục trung tâm của chính nó. Động lượng quay được đo bằng hằng số Planck, hằng số cơ bản của lý thuyết lượng tử.
Tất cả neutron, electron và proton, trên thực tế, nguyên tử bao gồm, theo Planck, có spin bằng ½. Trong cấu trúc của nguyên tử, các êlectron quay xung quanh hạt nhân, ngoài mômen động lượng quay, còn có mômen động lượng quỹ đạo. Hạt nhân, mặc dù nó nằm ở vị trí tĩnh, cũng có momen động lượng, được tạo ra bởi hiệu ứng spin của hạt nhân.
Từ trường tạo ra mômen từ nguyên tử được xác định bởi các dạng khác nhau của mômen động lượng này. Sự đóng góp đáng chú ý nhất trong việc tạo ra từ trường là do hiệu ứng spin. Theo nguyên lý Pauli, theo đó hai điện tử giống hệt nhau không thể đồng thời ở cùng một trạng thái lượng tử, các điện tử liên kết hợp nhất, trong khi mômen spin của chúng thu được các hình chiếu ngược chiều nhau. Trong trường hợp này, mômen từ của êlectron bị giảm, làm giảm tính chất từ của toàn bộ cấu trúc. Trong một số nguyên tố có số electron chẵn, mômen này giảm xuống 0 và các chất không còn tính chất từ. Do đó, mômen từ của các hạt cơ bản riêng lẻ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng từ của toàn bộ hệ hạt nhân-nguyên tử.
Nguyên tố sắt từ có số electron lẻ sẽ luôn có từ tính khác 0 do electron chưa ghép đôi. Trong các nguyên tố như vậy, các obitan lân cận chồng lên nhau, và tất cả các mômen quay của các electron chưa ghép đôi có cùng định hướng trong không gian, dẫn đến việc đạt được trạng thái năng lượng thấp nhất. Quá trình này được gọi là tương tác trao đổi.
Với sự sắp xếp mômen từ của các nguyên tử sắt từ này, một từ trường xuất hiện. Và các phần tử thuận từ, bao gồm các nguyên tử có mômen từ mất phương hướng, không có từ trường riêng của chúng. Nhưng nếu bạn tác động lên chúng bằng một nguồn từ tính bên ngoài, thì mômen từ của các nguyên tử thậm chí sẽ bị tách ra, và các nguyên tố này cũng sẽ có được các đặc tính từ tính.
