超順磁性

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超順磁性是一個科技名詞。

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目錄

名詞解釋

超順磁性（superparamagnetism)：如果磁性材料是一單疇顆粒的集合體，對於每一個顆粒而言，由於磁性原子或離子之間的交換作用很強，磁矩之間將平行取向，而且磁矩取向在由磁晶各向異性所決定的易磁化方向上，但是顆粒之間由於易磁化方向不同，磁矩的取向也就不同。現今，如果進一步減小顆粒的尺寸即體積，因為總的磁晶各向異性能正比於K1V，熱擾動能正比於kT（K1是磁晶各向異性常數，V是顆粒體積，k是玻爾茲曼常數，T是樣品的絕對溫度），顆粒體積減小到某一數值時，熱擾動能將與總的磁晶各向異性能相當，這樣，顆粒內的磁矩方向就可能隨着時間的推移，整體保持平行地在一個易磁化方向和另一個易磁化方向之間反覆變化。從單疇顆粒集合體看，不同顆粒的磁矩取向每時每刻都在變換方向，這種磁性的特點和正常順磁性的情況很相似，但是也不盡相同。因為在正常順磁體中，每個原子或離子的磁矩只有幾個玻爾磁子，但是對於直徑5nm的特定球形顆粒集合體而言，每個顆粒可能包含了5000個以上的原子，顆粒的總磁矩有可能大於10000個玻爾磁子。所以把單疇顆粒集合體的這種磁性稱為超順磁性。

特點

超順磁性行為有兩個最重要的特點：一是如果以磁化強度M為縱坐標，以H/T為橫坐標作圖（H是所施加的磁場強度，T是絕對溫度），則在單疇顆粒集合體出現超順磁性的溫度範圍內，分別在不同的溫度下測量其磁化曲線，這些磁化曲線必定是重合在一起的。二是不會出現磁滯，即集合體的剩磁和矯頑力都為零。

當鐵磁體或亞鐵磁體的尺寸足夠小的時候，由於熱騷動影響，這些納米粒子會隨機地改變方向。假設沒有外磁場，則通常它們不會表現出磁性。但是，假設施加外磁場，則會被磁化，就像順磁性一樣，而且磁化率超大於順磁體的磁化率。

重要性

對於磁性集合體來說，有兩個量很重要：一是出現超順磁性的臨界尺寸（直徑）Dp。如果顆粒系統的溫度保持恆定，則只有當顆粒尺寸D≤Dp才有可能呈現超順磁性，該直徑小於單疇顆粒的臨界直徑。二是截止溫度TB，對於足夠小的磁性顆粒，存在一特徵溫度TB，當溫度T<TB時，顆粒呈現強磁性（鐵磁性或亞鐵磁性）；T≥TB時，顆粒呈現超順磁性。

理論詮釋

超順磁性是指鐵磁性物質的顆粒小於臨界尺寸時，外場產生的磁取向力不足以抵抗熱騷動的干擾，其磁化性質與順磁體（見順磁性）相似，稱作超順磁性。臨界尺寸與溫度有關，例如球狀鐵粒在室溫的臨界半徑為12.5納米，而在4.2K時半徑為2.2納米還是鐵磁性的。

超順磁體的磁化曲線與鐵磁體不同，沒有磁滯現象。當去掉外磁場後，剩磁很快消失。如以H/T（H是磁場強度，T是絕對溫度）為坐標橫軸，不同溫度的磁化曲線合而為一，可用順磁體的磁化公式（朗之萬函數或布里淵函數）表示。外加磁場時，在普通順磁體中，單個原子或分子的磁矩獨立地沿磁場取向；而超順磁體以包含大於105個原子的均勻磁化的單疇作為整體協同取向，所以磁化率較一般順磁體大很多。

超順磁效應

磁性材料的磁性隨溫度的變化而變化，當溫度低於居里點時，材料的磁性很難被改變；而當溫度高於居里點時，材料將變成「順磁體」（paramagnetic），其磁性很容易隨周圍的磁場改變而改變。如果溫度進一步提高，或者磁性顆粒的粒度很小時，即便在常溫下，磁體的極性也呈現出隨意性，難以保持穩定的磁性能，這種現象被就是所謂超順磁效應（SuperparaMagnetic Effect）。