磁性材料

設體積V之單磁區粒子的磁化因熱而反轉時的能障為KV(K為磁異向性常數),若量測時間約為100 s,則 KV = 25kT 是成為超順磁性之分界的參考。取 K = 1.1×10⁴ J/m³、溫度300 K、波茲曼常數 k = 1.38×10⁻²³ J/K,成為超順磁性之球形粒子直徑的上限最接近下列何者?

  1. A約9 nm
  2. B約13 nm
  3. C約26 nm
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正確答案:C. 約26 nm

分界的體積為 V = 25kT/K = 25 × 1.38×10⁻²³ × 300/(1.1×10⁴) ≈ 9.4×10⁻²⁴ m³。由球的體積 V = πd³/6 得 d = (6V/π)^(1/3) ≈ 2.6×10⁻⁸ m,因此直徑約26 nm 以下的粒子成為超順磁性。約13 nm 是求出半徑後直接當成直徑作答的值,約9 nm 是漏掉係數25而以 KV = kT 計算的值。係數25來自將反轉的嘗試時間取為約10⁻⁹ s 時的 ln(100 s/10⁻⁹ s) ≈ 25。直徑與K的1/3次方成反比,因此異向性越大的材料,即使粒子更小也能穩定保持磁化。

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