Диамагнетики — вещества, атомы и молекулы которых в отсутствие внешнего магнитного поля не обладают магнитным моментом. Это означает, что в веществе имеет место полная взаимная компенсация как орбитального, так и спинового магнитного момента.

К диамагнетикам относятся все инертные газы, водород, азот, хлор и др; ряд металлов (медь, цинк, золото, висмут, ртуть и т.д.); неметаллы (кремний, фосфор, сера и т.д.), а также дерево, мрамор, стекло, воск, нефть, вода и многие органические соединения.

Явление диамагнетизма заключается в том, что в веществе, помещенном в магнитное поле, возникает магнитный момент, направленный противоположно вектору магнитного поля $\vec B$.

Качественно явление диамагнетизма можно объяснить как проявление электромагнитной индукции. Электрон, вращающийся вокруг ядра, ведет себя подобно петле с током. Из теории электромагнитных явлений известно, что при внесении в магнитное поле контура с током в нем индуцируется дополнительная ЭДС, которая приводит к изменению тока в контуре. В контуре, необладающем сопротивлением (в нашем случае движущийся по орбите электрон образует именно такой контур), индуцированный ток сохраняется до тех пор, пока существует внешнее поле. Магнитное поле, создаваемое индукционным током, противоположно внешнему полю, поэтому поле в диамагнетике меньше намагничивающего. Внешнее проявление диамагнетизма состоит в том, что образец, помещенный в область с градиентом магнитного поля, должен выталкиваться из области сильного магнитного поля.

Более подробно диамагнетизм можно описать как результат прецессии электронной орбиты атома относительно оси, проходящей через ядро параллельно направлению вектора $\vec B$. Действительно, если атом, имеющий один электрон, поместить в магнитное поле $\vec B$, то при включении поля возникнет прецессия магнитного момента и плоскости орбиты вокруг направления вектора $\vec B$ (рис. 2). Вследствие прецессии орбиты электрон получает небольшое приращение угловой скорости $\Delta \omega ,$ которое зависит только от величины поля $\vec B$ и отношения заряда электрона к его массе $\frac{e}{m_e}$ $$ \Delta \vec \omega =\frac{\Delta \vec v}{r} =\frac{e}{2m_{e} c} \vec B. $$ Из этого соотношения следует, что угловая скорость прецессии электрона совпадает с направлением вектора $\vec B$.

Вызванный прецессией дополнительный магнитный момент, так же пропорционален приложенному полю, но направлен против вектора $\vec B$, так как заряд электрона отрицательный $$ \Delta \vec m=-\frac{e^{2} r^{2} }{4m_{e} c^{2} } \vec B. $$ В этом и состоит суть диамагнетизма электронной оболочки.

Этот эффект относится ко всем электронам, находящимся в любой оболочке атома. Если считать, что вещество состоит из атомов одного сорта, что электроны в атоме распределены сферически симметрично и в оболочке каждого атома находится $Z$ электронов, то дополнительный магнитный момент одного атома равен $$ \vec m_{d} =-\frac{Ze^{2} \overline{R^{2} }}{6m_{e} c^{2} } \vec H, $$ где $\overline{R^{2} }$ — среднее значение квадрата радиуса орбиты.

Примечание. Поскольку эффекты диамагнетизма и парамагнетизма малы, то в последней формуле вектор $\vec B$ заменен на вектор $\vec H.$

Для получения среднего магнитного момента единицы объема намагниченности $\vec M$ необходимо $\vec m_{d}$ умножить на среднее число атомов в единице объема вещества $N.$ В результате для вектора намагниченности $\vec M$ получим: $$ \vec M=-\frac{Ze^{2} N\overline{R^{2} }}{6m_{e} c^{2} } \vec H=\chi \vec H. $$ Отсюда следует, что вектор намагниченности среды $\vec M$ пропорционален вектору поля $\vec H,$ но имеет противоположное ему направление (рис. 3).

Коэффициент пропорциональности $\chi$ называется магнитной восприимчивостью $$ \chi =-\frac{Ze^{2} N\overline{R^{2} }}{6m_{e} c^{2} } . $$ Магнитная восприимчивость диамагнетика отрицательна и мала по величине ($10^{-8}\div 10^{-4}$). Она не зависит ни от температуры, ни от величины магнитного поля, но растёт пропорционально порядковому номеру $Z$ элемента (см. приложение табл. П1).

Если атомы вещества не обладают магнитным моментом, то единственным источником намагниченности является диамагнетизм.

Поскольку электронные орбиты имеются в атоме любого вещества, то диамагнетизм присущ всем без исключения веществам, но проявляется только тогда, когда магнитные моменты всех электронных орбит и всех спинов скомпенсированы. В других случаях он перекрывается более сильным парамагнетизмом.