磁性材料

磁鐵礦 Fe₃O₄ 為反尖晶石型,A位置(四面體位置)有1個Fe³⁺,B位置(八面體位置)有Fe³⁺與Fe²⁺各1個,A位置與B位置的磁矩反平行排列。設Fe³⁺為5 µB、Fe²⁺為4 µB,且只有自旋有貢獻,則每個化學式 Fe₃O₄ 的磁矩為下列何者?

  1. A0 µB
  2. B4 µB
  3. C14 µB
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正確答案:B. 4 µB

B位置的磁矩為 5 + 4 = 9 µB,A位置為5 µB,兩者反平行排列,因此相減後留下 9 − 5 = 4 µB。也可以看成A位置與B位置的Fe³⁺正好互相抵消,只留下Fe²⁺的部分。由實測飽和磁化求得的值約為4.1 µB,與此估計十分吻合。14 µB 是以為所有磁矩都平行排列的值(當成鐵磁性的錯誤),0 µB 是以為整體互相抵消的值(當成反鐵磁性的錯誤)。若把Fe²⁺換成其他2價離子(Ni²⁺或Mn²⁺等),飽和磁化會依該離子的磁矩而改變。

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