Rõ ràng là không thể giảm kích thước hạt từ mãi mà vẫn giữ được từ tính của chúng như cũ. Đến dưới một kích thước tới hạn nào đó, từ độ dư sẽ không còn gắn với hướng quy định bởi hình dạng hoặc dị hướng của hạt nữa. Năng lượng nhiệt xung quanh có thể đủ lớn để khiến các mômen từ quay đảo giữa các hướng ổn định khác nhau. Điều này cũng tương tự như trong chuyển động Brown, các phân tử chuyển động một cách ngẫu nhiên và độ dịch chuyển của một hệ lớn hoặc của một hạt trong thời gian đủ lâu là bằng không. Tuy nhiên, ở trạng thái cục bộ hoặc với thời gian quan sát ngắn vẫn có thể quan sát thấy ảnh hưởng của chuyển động phân tử, v ≠ 0, và ở mức 1 vài hạt từ trong thời gian ngắn thì từ độ tổng cộng cũng khác 0: M ≠ 0.
Khi một hệ đang ở trạng thái giả cân bằng, như trạng thái từ dư, xác suất
P tính trên một đơn vị thời gian để hệ chuyển khỏi trạng thái giả cân bằng này sang một trạng thái khử từ cân bằng là:
0exp B fV P k T (1.9)
trong đó ν0 109 s-1, V là thể tích hạt từ, fV là rào năng lượng tự do mà mômen từ của hạt phải vượt qua để rời khỏi trạng thái giả cân bằng. Với các hạt có dị hướng hình dạng hoặc dị hướng từ lớn, f tương ứng tính bằng 2
0 s
N M
hoặc Ku.
Như vậy quá trình giảm dần của từ độ dư phụ thuộc vào thể tích hạt. Với các hạt có thể tích đủ nhỏ, ta có thể quan sát được quá trình này ở khoảng thời gian phòng thí nghiệm. Với các hạt rất nhỏ hơn nữa, quá trình khử từ xảy ra rất nhanh ngay sau khi tắt từ trường và chúng được gọi là các hạt ở trạng thái siêu thuận từ. Ở nhiệt độ dưới điểm Curie, các hạt này là sắt từ và chúng có từ độ tự phát N m
V
với N là số nguyên tử từ trong hạt (
m
là từ độ của một nguyên tử từ). Khả năng đáp ứng của chúng dưới tác dụng của từ trường ngoài là lớn hơn nhiều so với trường hợp các nguyên tử thuận từ vì mỗi mômen từ cục bộ có độ lớn
m
N thay vì m, và do vậy độ tự cảm của hệ hạt cũng lớn hơn (N)2 lần. Trong trường hợp này, đường cong M(H) của các hạt siêu thuận từ có thể giống với các hạt sắt từ nhưng có thể được phân biệt qua các đặc điểm sau: (i) có xu hướng bão hoà theo hàm Langevin và (ii) không có tính từ trễ. Quá trình khử từ siêu
thuận từ xảy ra không có từ trễ vì đó không phải là kết quả tác dụng của từ trường xoay chiều mà là của năng lượng nhiệt.
Một điều rất quan trọng là phải biết được kích thước hạt nhỏ nhất mà tính chất từ vẫn ổn định được dưới tác dụng của quá trình khử từ nhiệt động. Từ nghịch đảo của phương trình 1.9, với một hạt cầu với Ku = 105 J/m3, bán kính siêu thuận từ với độ ổn định trong vòng 1 năm là
1/ 31 1 0 10 7,3 y B u k T r K nm, hoặc trong vòng 1 giây là 1/ 3 1 0 6 6 s B u k T r K nm. Độ ổn định được định nghĩa là khả năng thay đổi của P đạt dưới 10% trong khoảng thời gian tính (hay 10 % số hạt chuyển trạng thái trong thời gian đó).