磁性質與光學性質
亞鐵磁性(ferrimagnetism)
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想像一場拔河,兩隊往相反方向拉,但其中一隊人比較多。繩子還是會移動,只是沒有大家同向拉那麼多。亞鐵磁性正是這種不對等對抗所產生的磁性:相鄰磁矩彼此指向相反,但因為大小不同,並不會完全抵消,於是留下一個真實而有用的淨磁性。
這發生在陶瓷化合物中,不同的金屬離子分別佔據兩組不同的晶格位置。兩個次晶格之間的交換交互作用是反平行的,所以一個次晶格上的離子朝上、另一個次晶格上的離子朝下。在經典例子磁鐵礦 Fe3O4 中,兩個次晶格帶有不相等的鐵磁矩,所以它們的對抗在每個化學式單位上留下淨磁矩。從外部看,亞鐵磁體的行為很像鐵磁體,能被永久磁化、也有居禮溫度,但因為有一部分排列被拿去抵消,飽和磁化強度較低。
亞鐵磁性是鐵氧體(ferrite)的工作原理——這一族磁性陶瓷從變壓器鐵芯到冰箱磁鐵無所不在。相較於金屬鐵,它最大的實用優勢是這些氧化物是電絕緣體,因此在高頻下不會因渦電流浪費能量。最早的天然磁石(磁鐵礦)就是亞鐵磁性的,意思是人類使用的第一塊磁鐵嚴格說來是亞鐵磁體,而非單純的鐵磁體。
在磁鐵礦中,兩個鐵次晶格指向相反卻不相等,因此約四分之一的磁矩未被抵消而留下淨磁化。
反平行但不相等的磁矩留下淨磁性,比鐵磁體弱。
亞鐵磁體從外部看像鐵磁體,但因對抗的次晶格部分抵消而飽和較低;若兩個次晶格恰好相等相反,材料就是反鐵磁性,完全沒有淨磁矩。
另见