[科普中国]-正铁氧体

斜方晶系，分子式为RFeO3的铁氧体。其中R为Tm、Lu、Yb、Er、Ho、Y、Nd、Sm、Eu等稀土元素。具有单轴各向异性、光学透明性和很强的法拉第效应。可用作磁泡材料，主要采用液相外延法、气相外延法、溅射法、共沉淀法制备磁泡膜。其泡径比稀土石榴石铁氧体的大，温度稳定较差。制作磁泡存储器可用于飞行记录器、终端机、电话交换机、机床、机器人等。

稀土正铁氧体(稀士)正铁氧体晶体结构和分子式与天然钙钛石CaTiO3相类似的铁氧体。分子式为RFeO3，式中R为钇等稀土元素,实际应是稀土正铁氧体。已研制过的有钇、钆、钐、铽、钕、镥、钬、铒、镱、铥、镝以及钆钐铒钐(混合型)等稀土正铁氧体。R不为稀士元素的其他形式的正铁氧体，不具铁磁性或亚铁磁性，不在通常的磁性材料之列。属正交晶系，其中O2-占据面心位置，Fe3+占据体心位置，R3+占据顶点位置。具有单轴各向异性，可用作磁泡材料，但磁性较弱，产生的泡径较大，迁移率较低，是早期用于磁泡技术的材料，现已被稀土石榴石材料所替代。1

钇正铁氧体的形核根据控制形核的原则，如果以旋转椭球体形式的择优晶体一旦完全磁化到饱和，那么在所采用的反向磁场中，原则上根本不出现磁畴。由于这种条件是均匀的整体材料，所以就转换行为而言，转动将连续进行并且任何尺寸的晶体都将是“单畴粒子”。对于具有高单轴各向异性的球状晶体和平行于易磁化轴的外加磁场说来，转换场或矫顽力将始终为2K/I，在实际尺寸的晶体中，反向发生在比这个各向异性场低得多的磁场中，这一很普通的观测结果其本身就是形核的证据，这即意味着形核与外形或内部结构的缺陷有关。

不太容易弄清的是在哪种材料或样品中涉及到形核，高矫顽力同磁畴的形核肯定有密切联系的一种材料是钇正铁氧休，其形式为直径方1毫米的单轴单晶体，此时，多畴有最低的能量分市。此外，这种样品可以作为永久磁铁应用，即用于靠晶体产生的转矩来测量磁场的仪表中。低值饱和磁化强度对于高磁场测量效果较小，很重要的性质是具有极高的K/I比值，这就保证磁化强度实际上不受被测磁场的影响，而造成线性比例的增加。

Sherwood等(1959 )指出，尽管在退磁的钇正铁氧体中实质上在1奥斯特的磁场下就产生了畴壁移动，但是在饱和后，1000奥斯特的磁场对无应力的良好晶体的磁化强度只有很小的作用。 成核和反磁化需要超过2000奥斯特的磁场，但是由于研磨晶体表面和由此引起的缺陷和应力可以使这种矫顽力大大降低。可以料想，任何一个晶体的矫顽力正好具有两个特定的数值：较小磁滞迥线的数值相应于畴壁矫顽力(Hm) ，而较大磁滞迥线的数值相应于形核场(Hn)。 因此，在不断增加磁场时，矫顽力将不连续地从Hw增加到Hn，当所用磁场的幅度达到与完全饱和相应的数值(Hs)时，此后矫顽力将保持不变。2

磁泡铁氧体磁泡是铁氧体中的一种圆形磁畴，它在外磁场作用下具有自由移动的特征,从磁性薄膜表面上看，上去就像气泡，所以称为磁泡。因它可以用于计算机存储而引起人们的广泛关注。磁泡的大小只有数微米,单位面积存储的信息量非常大,所以磁泡存储器具有容量大、体积小功率小、可靠性高的优点,是作为记忆信息元件的理想材料。

对磁泡材料，要求缺陷尽量少、透明度高。磁泡的迁移速度要快，材料的化学稳定性和机械性能要好。正铁氧体RFeO，(R是稀士元素)和石榴石型铁氧体是最适合的磁泡材料，而后者更优，其磁泡直径小，迁移率高，已经实用化。这种材料是以无磁性的钆镓石榴石(Gd5Ga5O12-GGG)作为衬底，以外延法生长出能产生磁泡的含稀土元素石榴石薄膜。

一般将软磁铁氧体分为多晶和单晶软磁铁氧体两大类，虽然多晶材料生产量比单晶材料大得多,几乎用于国民经济的各个领域,但因单晶软磁铁氧体材料具有独特的性能，已成为一些高性能电子元器件不可缺少的软磁材料。3

单晶铁氧体的特性及应用多晶铁氧体材料是由多个细小的晶粒构成，其特性是组成晶粒特性的统计平均效应。因受材料的晶界气孔及晶粒缺陷等因索的影响，很难满足某些特殊场合应用的高性能要求。

单晶材料是一个晶体构成，微观上是原子、分子或离子按一定的晶格周期性的排列；在宏观上体现为具有一定对称性和一定解理面的大晶体。在单晶体内部不含晶界、气孔和有害杂质,晶格完整，所以晶体密度高、耐磨性好、磁性能高，往往比同样组成的多晶材料的磁性能高出很多，能满足某些高性能电子元器件的使用要求，所以得到广泛的应用。

铁氧体单晶是各种基础研究，如测定磁晶各向异性、观则磁畴、铁磁共振试验中必需的样品。铁氧体单晶用在微波器件里。例如制作滤波器。限幅器和延迟线等；采用较大尺寸的MnZn铁氧体单晶制作高性能和高寿命的磁头;正铁氧体单晶用作小型高速电子计算机的磁泡材料；磁性半导体单晶可以作微波集成电路器件和磁光器件。基础研究和应用的扩大，促使了单晶铁氧体制造技术和工艺的研究，使之成为一门备受重视的科学和工艺。4

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学