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针铁矿也只含有Fe3+。顾名思义,它长得就像一根针一样,又细又长。它的分子式为 a-FeOOH。晶格里有氢和氧,在加热过程中容易脱水,形成赤铁矿。
针铁矿属于斜方晶系,FeO3(OH)3 组成一个八面体,呈双链排列,两双链之间由两排空位隔开。
针铁矿的晶胞参数
a = 0.9956 nm
b = 0.30215 nm
c = 0.4608 nm
TN = TC = 120°
针铁矿为反铁磁性,同时附存(parasitic)一个较弱的亚铁磁性,但是该亚铁磁性要比赤铁矿弱得多(Özdemir and Dunlop,1996)。
Ms=10-3—1 Am2/kg
平行于针铁矿C轴更容易获得TRM
MTRM// = 2.4´10-4 Am2/kg
垂直于C轴不容易获得TRM
MTRM^ = 1.2 ´10-5 Am2/kg
和赤铁矿一样,由于针铁矿的Ms非常小,其矫顽力受到磁结晶各向异性能主导,所以具有非常高的矫顽力,可以达到几个T,甚至更高。
Rochette et al. ( 2005)系统测量了针铁矿的饱和情况。对于较纯的针铁矿,在B = 57 T时,IRM曲线仍未饱和。在实验室里,我们一般可以把场最大加到2-3 T,在B = 3 T时,针铁矿获得的IRM不到其最大值的10%。所以,平时的仪器测量低估了针铁矿对剩磁的贡献。也正是由于针铁矿具有这么高的矫顽力,AF交变退不适合对针铁矿进行磁清洗。
自然界中的针铁矿常常和赤铁矿伴生,如果不经受热改造,它也是非常稳定的剩磁携带者。确定针铁矿是否携带天然剩磁,最直接的方法还是加热法, 100多度(<120°)的解阻温度,几乎是其身份的象征。
为了提高效率,我们通常采取一种三轴实验方法。首先在X轴加一个大场(> 2 T),然后在Y轴加一个中间场,比如500 mT,最后再在Z轴方向加一个更小的场,比如50 mT。这么做的主要目的是让不同矫顽力组分沿着三个正交方向排列。
我们来判断一下,经过三次加场,在XYZ三个方向各是什么成分占主导?
在X轴方向加的场最大,假设会把所有成分都饱和。在Z轴,50 mT的场会让那些最软的成分沿着这个方向排列,而Y轴则是一种中间混合信息。这样一块样品就可以得到XYZ三个方向相互独立的三条热退磁曲线。
在X轴,一般都是赤铁矿和针铁矿占主导,所以如果针铁矿对剩磁有贡献,我们会在120°观测到大幅度的剩磁降低,另外剩磁会在780°之前才完全解阻,暗示赤铁矿的存在。在Z轴,我们一般不会看到赤铁矿和针铁矿的信息,而是强磁性矿物占主导,比如磁铁矿和胶黄铁矿等等。
针铁矿的尼尔温度很低,大约120°C。一般情况下利用MPMS做实验,不愿意把温度加热到400 K,而只是在300 K以下。如果实验室能够把MPMS的测量温度开放到400 K,那么我们就可以利用这台仪器对针铁矿和赤铁矿的信息进行分离。
随着晶格中Al的摩尔浓度增加,针铁矿的TN会随之降低,差不多在20 mol%时,其TN降低到室温300 K。我们知道在尼尔温度之上,颗粒处于顺磁性。当尼尔温度逐渐逼近室温时,针铁矿在室温就会趋近顺磁性,而不能记录稳定的剩磁,但是对高场顺磁磁化率会有贡献。所以,对于含铝针铁矿,很多时候我们用剩磁方法可能无法检测到它们。
当趋近TN时,针铁矿的磁性会迅速下降。反之,当其尼尔温度趋近室温时,只要稍微一降温,针铁矿的磁性会迅速升高,而含铝赤铁矿就不会有这种特征。其次,赤铁矿在LTC实验中会丢失剩磁,而针铁矿不会。把这两种性质叠加在一起,利用MPMS测量就可以区分针铁矿和赤铁矿的贡献。
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