超顺磁性.doc

1、基 本 定 义超 顺 磁 性 （ superparamagnetism） ： 如 果 磁 性 材 料 是 一 单 畴 颗 粒 的 集合 体 ， 对 于 每 一 个 颗 粒 而 言 ， 由 于 磁 性 原 子 或 离 子 之 间 的 交 换 作 用 很 强 ， 磁矩 之 间 将 平 行 取 向 ， 而 且 磁 矩 取 向 在 由 磁 晶 各 向 异 性 所 决 定 的 易 磁 化 方 向 上 ，但 是 颗 粒 与 颗 粒 之 间 由 于 易 磁 化 方 向 不 同 ， 磁 矩 的 取 向 也 就 不 同 。 现 在 ， 如果 进 一 步 减 小 颗 粒 的 尺 寸 即 体 积 ， 因 为 总 的

2、 磁 晶 各 向 异 性 能 正 比 于 K1V，热 扰 动 能 正 比 于 kT（ K1 是 磁 晶 各 向 异 性 常 数 ， V 是 颗 粒 体 积 ， k 是 玻 尔 兹曼 常 数 ， T 是 样 品 的 绝 对 温 度 ） ， 颗 粒 体 积 减 小 到 某 一 数 值 时 ， 热 扰 动 能 将与 总 的 磁 晶 各 向 异 性 能 相 当 ， 这 样 ， 颗 粒 内 的 磁 矩 方 向 就 可 能 随 着 时 间 的 推移 ， 整 体 保 持 平 行 地 在 一 个 易 磁 化 方 向 和 另 一 个 易 磁 化 方 向 之 间 反 复 变 化 。从 单 畴 颗 粒 集 合 体

3、看 ， 不 同 颗 粒 的 磁 矩 取 向 每 时 每 刻 都 在 变 换 方 向 ， 这 种 磁性 的 特 点 和 正 常 顺 磁 性 的 情 况 很 相 似 ， 但 是 也 不 尽 相 同 。 因 为 在 正 常 顺 磁 体中 ， 每 个 原 子 或 离 子 的 磁 矩 只 有 几 个 玻 尔 磁 子 ， 但 是 对 于 直 径 5nm 的 特 定球 形 颗 粒 集 合 体 而 言 ， 每 个 颗 粒 可 能 包 含 了 5000 个 以 上 的 原 子 ， 颗 粒 的 总磁 矩 有 可 能 大 于 10000 个 玻 尔 磁 子 。 所 以 把 单 畴 颗 粒 集 合 体 的 这 种 磁

4、 性 称 为超 顺 磁 性 1。 编 辑 本 段 特 点介 绍超 顺 磁 性 行 为 有 两 个 最 重 要 的 特 点 ： 一 是 如 果 以 磁 化 强 度 M 为 纵 坐 标 ，以 H/T 为 横 坐 标 作 图 （ H 是 所 施 加 的 磁 场 强 度 ， T 是 绝 对 温 度 ） ， 则 在 单 畴颗 粒 集 合 体 出 现 超 顺 磁 性 的 温 度 范 围 内 ， 分 别 在 不 同 的 温 度 下 测 量 其 磁 化 曲线 ， 这 些 磁 化 曲 线 必 定 是 重 合 在 一 起 的 。 二 是 不 会 出 现 磁 滞 ， 即 集 合 体 的 剩磁 和 矫 顽 力 都 为

5、 零 。 重 要 性对 于 磁 性 颗 粒 集 合 体 来 说 ， 有 两 个 物 理 量 非 常 重 要 ： 一 是 出 现 超 顺 磁 性的 临 界 尺 寸 （ 直 径 ） Dp。 如 果 颗 粒 系 统 的 温 度 保 持 恒 定 ， 则 只 有 当 颗 粒 尺寸 D Dp 才 有 可 能 呈 现 超 顺 磁 性 。 该 直 径 小 于 单 畴 颗 粒 的 临 界 直 径 。 二 是 截止 温 度 TB， 对 于 足 够 小 的 磁 性 颗 粒 ， 存 在 一 特 征 温 度 TB， 当 温 度 T TB时 ， 颗 粒 呈 现 强 磁 性 （ 铁 磁 性 或 亚 铁 磁 性 ） ； T

6、TB 时 ， 颗 粒 呈 现 超 顺 磁 性 。超顺磁的必要条件有两个：一个是测 MT 曲线的零场冷（ZFC）和场冷（FC ）曲线，两曲线会分叉，在 ZFC 曲线有一个峰值，对应超顺磁的冻结温度，并且该峰值会随着测量的频率变化而发生移动。这是个金标准；另一个是测量进行测量的话，没有磁滞和娇顽力，并且磁化曲线不是饱和的。要注意一点，即使是超顺磁态，是指的某一个温度区间内的状态。 所以，从你的 MH 上来看，你的两个磁化曲线虽然都没有磁滞，但明显的已经达到饱和，所以在此温度下不是超顺磁态，是明显的铁磁状态。但并不能说你的颗粒在其它温度下不是超顺磁。所以，楼主应当先测量 MT 的 ZFC 和 FC，先看是否满足第一个条件。如果满足的话，就是超顺磁，并确定超顺磁的冻结温度和颗粒的居里温度。在冻结温度和居里温度之间的才是超顺磁态。所以，你的这个或者是铁磁的；或者是超顺磁颗粒，但是在低于冻结温度以下的 MH 测量，只有这两种可能性的。你需要测 MT 的 ZFC 和 FC，否则单纯的上面图不能说明是不是超顺磁的。