什麼是超順磁性
極小的鐵磁性粒子中，磁化反轉的能障KV相對於熱能很小，磁化因熱而反轉，矯頑力幾乎為0的狀態。
日文名稱: 超常磁性
「超順磁性」出現在1領域的2道練習題中（磁性材料等）。
這個名詞所屬的領域: 磁性材料
方向因熱而改變的磁鐵
在單磁區的小粒子中，整個粒子的磁化表現為1個大磁矩，可越過能障KV，在沿易磁化軸的2個方向之間來回。若能障相對於熱能kT不夠大，磁化會因熱而頻繁反轉，平均起來看似為0。這就是超順磁性，粒子內部仍保有鐵磁性的秩序。直徑10 nm的磁鐵礦粒子，1個粒子的磁矩可達波耳磁子的約2.7萬倍，因此顯示遠大於順磁性原子的磁化率。名稱中的「超」就來自這個大磁矩。
弛豫時間與阻塞溫度
磁化反轉所需的平均時間（奈爾弛豫時間）以 τ = τ₀ exp(KV/kT) 表示，τ₀約為10⁻⁹ s。看起來是否為超順磁性，由此τ與量測所需時間的比較決定。在直流磁化量測（約100 s）中，KV ≈ 25kT 是分界，滿足此條件的溫度稱為阻塞溫度（blocking temperature）T_B。T_B與體積成正比，因此同一材料若粒子體積變為2倍，T_B也變為2倍。在量測時間短得多的Mössbauer光譜中，同一粒子的T_B看起來較高，因此註明量測方法很重要。
與順磁性的差異與分辨
超順磁性粒子集合體的磁化曲線沒有磁滯，以朗之萬函數的形式趨向飽和，這點與順磁性相似。但由於每個磁矩很大，即使在室溫下，不太強的磁場就能接近飽和。在低於阻塞溫度時，磁化反轉被凍結而出現矯頑力。實驗上比較不加磁場冷卻後量測的ZFC曲線，與一邊加磁場一邊冷卻的FC曲線，由兩者開始分離的溫度調查阻塞現象。粒徑有分布時T_B也有寬度，因此要與粒徑分布一起分析。
利用與限制
關掉磁場後不留下磁化的性質，在醫療與生物領域很有用。氧化鐵的超順磁性奈米粒子用於MRI顯影劑、以交流磁場使其發熱的溫熱療法、以磁鐵聚集細胞或分子的分離等，優點是關掉磁場後粒子不易因磁力而團聚。另一方面，在硬碟中，縮小位元使粒子成為超順磁性而使紀錄消失的極限（超順磁極限）是個問題。以 τ₀ = 10⁻⁹ s 計算，要保存10年，簡單估計需要 KV/kT 約40以上，因此開發了以加熱暫時使異向性大的FePt容易寫入的熱輔助磁記錄。
練習超順磁性的題目
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？
- A約9 nm
- B約13 nm
- C約26 nm
查看答案與解析
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。
常見問題
超順磁性與順磁性有何不同？
順磁性是各個原子的小磁矩朝向雜亂的狀態，超順磁性是每個鐵磁性粒子整體的大磁矩因熱而朝向雜亂的狀態。磁矩大了數千～數萬倍，因此超順磁性粒子在弱磁場下也會大幅磁化。降低溫度時會出現矯頑力，這點也不同。
成為超順磁性的粒子大小約多少？
隨材料的異向性常數、溫度與量測時間而變。以 KV ≈ 25kT 為參考，在室溫下，異向性小的鐵氧化物約為直徑20～30 nm以下，異向性大的有序相FePt則為數nm以下。異向性越大，即使粒子小，磁化也越穩定。
超順磁性粒子會被磁鐵吸住嗎？
會。從外部施加磁場時會大幅磁化，因此能以磁鐵聚集液中的粒子。除去磁場後磁化幾乎回到0，粒子會再次分散。這個性質被利用於磁流體與磁分離。
解析中的「超順磁性」
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。
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 = 25k…再縮小時，反轉的能障KV相對於熱能變小，磁化會因熱而自行反轉，成為超順磁性，矯頑力趨近於0。
將鐵磁體的粒子從數µm逐漸縮小到nm大小時，粒子矯頑力的變化何者正確？