1、一. 鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)二. 鐵氧體磁性來源三. 超交換作用四. 復(fù)合鐵氧體 A.尖晶石型尖晶石型;A.尖晶石型鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu) 化學(xué)式是:MeFe2O4或MeOFe2O3 其中Me代表二價(jià)金屬離子(常有:Mn2+,Co2+, Cu2+ Ni2+,Mg2+,Zn2+,Fe2+,Cd2+等等)通常是過渡金屬元素. 分子式中Fe3+離子也可以被其他三價(jià)金屬離子取代,通常是Al3+,Cr3+或Ca3+;也可以被Fe2+或Ti4+取代一部分. 由于與一種叫鎂鋁尖晶石的礦石(MgAl2O4)的結(jié)構(gòu)相同而得名.n尖晶石鐵氧體的晶格結(jié)構(gòu)尖晶石鐵氧體的晶格結(jié)構(gòu)呈立方對(duì)稱呈立方對(duì)稱.n一個(gè)單位晶胞含有一個(gè)單位晶胞

2、含有8個(gè)分子式個(gè)分子式,一個(gè)晶胞的分子式為一個(gè)晶胞的分子式為M2+8Fe3+16O2-32 ,所以所以,一個(gè)鐵氧體單晶胞內(nèi)共有一個(gè)鐵氧體單晶胞內(nèi)共有56個(gè)離子個(gè)離子,其中其中M2+離子離子8個(gè)個(gè), Fe3+離子離子16個(gè)個(gè), O2-離子離子32個(gè)個(gè).n三者以氧離子的尺寸最大三者以氧離子的尺寸最大,晶格結(jié)構(gòu)組成必然以氧離子作密堆積晶格結(jié)構(gòu)組成必然以氧離子作密堆積,金屬離子填充在氧離子密堆積的間隙內(nèi)金屬離子填充在氧離子密堆積的間隙內(nèi).如下圖所示如下圖所示:離子半徑O2- A2.65 Mg2+ A1.62Al3+ A1.16四 面體八面體n在32個(gè)氧離子密堆積構(gòu)成的面以立方晶格中,有兩種間隙:1)四

3、面體間隙;2)八面體間隙.n四面體間隙由4個(gè)氧離子中心聯(lián)結(jié)構(gòu)成的4個(gè)三角形平面包圍而成,這樣的四面體間隙共有64個(gè),而且,面體由6個(gè)氧離子中心聯(lián)線構(gòu)成的8個(gè)三角形平面包圍而成,這樣的八面體共有32個(gè)n一般地,四面體間隙簡(jiǎn)稱為A位位;八面體間隙簡(jiǎn)稱為B位位.n一個(gè)尖晶石單胞,實(shí)際上只有8個(gè)A位和16個(gè)B位被金屬離子填充.n填充A位的金屬離子構(gòu)成的晶格稱為A次晶格,同理也有B次晶格.n實(shí)用上,把M2+離子填充A位,Fe3+離子填充B位的分布定義為”正型正型”尖晶石鐵氧體即,(M2+)Fe3+2O4n如果上述分布對(duì)調(diào)了,則定為”反型反型”尖晶石鐵氧體,即(Fe3+ )M2+ Fe3+O4,如如:Li

4、,Cu,Fe,Co,Ni鐵氧體鐵氧體.n正型結(jié)構(gòu)的鐵氧體只有ZnFe2O4和CdFe2O4兩種即,(M2+(1-X)Fe3+X)M2+ XFe3+ (2-X) O4式中x為M2+離子占有A位的份數(shù).n當(dāng)x=1時(shí)變成反型,即,(Fe3+)M2+ Fe3+ O4表示表示:M2+全在全在B位上位上,而而Fe3+各有一半占據(jù)各有一半占據(jù)A位和位和B位位,如如:Li,Cu,Fe,Co,Ni鐵氧體鐵氧體.n當(dāng)x=0時(shí)變成正型結(jié)構(gòu),即即(M2+)Fe3+2O4 表示表示:M2+全在全在A位上位上,而而Fe3+全在全在B位位,如如: ZnFe2O4和CdFe2O4n一般是0 x1.(大多數(shù)鐵氧體是這樣的結(jié)構(gòu))

5、AZn2+, Cd2+, Ca3+, In3+, Mn2+, Fe3+, Mn3+， Fe2+, Mg2+, Cu2+, Co2+, Ti4+, Ni2+, Cr2+Bn鐵氧體內(nèi)部也有強(qiáng)的自發(fā)磁化.n研究指出,由于鐵氧體中的金屬離子都被較大的氧離子隔開著,間距較大,所以各磁性離子磁性離子的電子云沒有重疊部分,因此,不會(huì)有直接的交換作用,但是它們可以通過夾在他們之間的氧離子形成間接交換作用,也叫超交換作用.它使每個(gè)次晶格內(nèi)的離子磁矩平行排列.n兩個(gè)不同的次晶格的離子磁矩則是反平行的.n如果兩個(gè)次晶格的磁矩大小相等,則宏觀磁矩為零.n如果兩個(gè)次晶格的磁矩大小不等,則兩者抵消一部分,剩下的部分就是鐵

6、氧體的所表現(xiàn)出來的磁性,這種磁性稱為亞鐵磁性.1.鐵磁性2.反鐵磁性2.亞鐵磁性以MnO為例)n由于MnO具有面心立方結(jié)構(gòu),存在兩種鍵角,即180度與90度的鍵角.如上圖:Mn2+3d5 有5個(gè)未被抵消的自旋磁矩O2- 2p6 沒有未被抵消自旋磁矩n 而,Mn2+O2- Mn2+,電子波函數(shù)在180度鍵角方向時(shí)可能有較大的迭加(如下圖),只是O2-離子無磁性,不能自發(fā)磁化. 然而,由于有迭交, O2- 提供2p電子遷移到Mn2+的3d軌道內(nèi)的機(jī)會(huì),使體系完全可能變成含有Mn2+和 O1-的激發(fā)態(tài)n所以,在激發(fā)態(tài)時(shí):n O2- 2p5 就有1個(gè)被抵消自旋磁矩n 這個(gè)未配對(duì)的電子當(dāng)然有可能與近鄰的

7、Mn2+離子的3d電子了生交換作用.n最終,導(dǎo)致O2-兩則成180度鍵角耦合的兩個(gè)Mn2+的自旋必定為反平行排列.n鐵氧體中的超交換作用n對(duì)鐵氧體來說,金屬離子分布在A位與B位,它們最近鄰的都是氧離子,因此可以有三種超交換作用,即:A-A,A-B,B-B三種.n在這三種里面,又因?yàn)榻饘匐x子之間通過中間氧離子所組成的鍵角不同,再分成五種情況:如下圖n根據(jù)上述原理,A位和B位上的離子磁矩取向是反平行排列,因此A位上的離子磁矩只能是平行排列,B位的亦然.n由于MA和MB的數(shù)值不等而方向相反,結(jié)果就有未抵消的凈磁矩而呈現(xiàn)亞鐵磁性.:(Zn2+xFe3+1-x)Me2+1-xFe3+1+xO4n式中:me是Me2+的離子磁矩?cái)?shù).MSu