為何有的不鏽鋼不會被磁鐵吸引？本質上與量子力學有關

不鏽鋼是鐵基合金，以其優異的耐腐蝕性而得名，這種特性主要歸因於其中的鉻含量。不鏽鋼有幾種不同類型，而其中最主要的兩種是奧氏體和鐵素體。鐵素體不鏽鋼可以被磁鐵吸引，而奧氏體通常不是磁性的。而這種差異歸因於兩個因素：高鐵含量和基本結構。

奧氏體不鏽鋼中的金屬原子排列在面心立方（fcc）晶格上。 fcc晶體的晶胞由一個立方體組成，每個立方體的八個角處都有一個原子，而在每個面的中心處也有一個原子。

但是，在鐵素體不鏽鋼中，金屬原子位於體心（bcc）晶格上。 bcc晶體的晶胞也是一個立方體，儘管和fcc類似，它的八個角也各有一個原子，但僅在立方體的幾何中心處有一個原子，而不是每個面的中心。

將不鏽鋼與鎳，錳，碳和氮等元素製成合金會增加它在室溫下具有fcc晶體結構的可能性。最受歡迎的不鏽鋼是304型，其中包含約18％的鉻和8％的鎳。在室溫下，304不鏽鋼的熱力學穩定晶體結構為bcc。然而，合金中的鎳以及少量的錳（約1％），碳（小於0.08％）和氮（約0.06％）保持了fcc結構，因此304型不鏽鋼是非磁性的。

但如果在室溫下機械變形，比如彎曲，304不鏽鋼將部分轉變成鐵素體相，並且將變成部分磁性或鐵磁性。

另一種鐵素體不鏽鋼是鉻含量為13％至18％的鐵鉻二元合金。這些合金在室溫下是鐵磁性的。像所有鐵磁性合金一樣，當加熱到足夠高的溫度（居裡溫度）時，鐵素體不鏽鋼會失去鐵磁性並變成順磁性，也就是說，它們不會保留自己的磁場，而會繼續被外部磁場吸引。

一塊鐵素體不鏽鋼通常是未磁化的。但是，當它受到磁場作用時會被磁化。即使去除了外部施加的磁場後，它仍可以保持一定程度的磁化。這是由鋼的微觀結構造成的。

具體來說，鐵素體鋼在其自然狀態下由稱為磁疇的小區域組成，這些區域已被完全磁化。但一般每個磁疇的磁化方向都不同。結果就是所有區域的疊加使整體的磁矩為零。但外部磁場的施加會讓這些磁疇統一定向，從而導致了整體磁性。

總之，鐵素體不鏽鋼是鐵磁性，奧氏體不鏽鋼不是鐵磁性的。但如果尋求其根本原因，需要量子力學。鐵磁金屬由具有不完整電子內核的原子，以及特殊的晶體結構組成。而正是這些特殊結構形成了的能帶中高密度電子態，而且其原子間距正好允許能帶中的電子進行交換。

如果金屬晶體中的原子間隔太大，則這種交換效應太小，無法導致相鄰原子的磁矩對準，晶體將不會表現出鐵磁性。此外根據泡利不相容原理，具有相同自旋的電子佔據相同的能級。因此，如果電子態的密度相對較小，則電子將需要佔據較高的能態才能讓所有電子都具有相同的自旋。如果由於佔據較高能級而導致的能量增加超過因電子交換能而導致的能量減少，那麼這個結構將不是鐵磁性的。