Akademik

При температурах ниже точки Кюри или точки Нееля ферро- и ферримагнетики  переходят из парамагнитного в ферро- или ферримагнитное состояние. Если же частицы такого материала изолированы, а их линейные размеры не превышают величины 1-10 нм,  которая различна для разных материалов, то благодаря тепловым флуктуациям направление их преимущественной намагниченности и при этих температурах будет хаотически изменяться подобно тому, как меняется  направление магнитных моментов атомов или ионов в парамагнетике под воздействием теплового движения. В результате система малых частиц ведёт себя в магнитных полях и при изменении температуры подобно парамагнитному газу из N атомов (N - число однодоменных частиц, каждая из которых обладает магнитным моментом М). Для неё выполняется закон Кюри в слабых магнитных полях и формула Ланжевена для намагниченности в области магнитного насыщения.

Намагниченность суперпарамагнетиков может быть во много раз больше намагниченности обычных парамагнетиков. Чтобы векторы намагниченности частиц хаотически меняли свою пространственную ориентацию, энергия теплового движения kT (где k - постоянная Больцмана, Т - температура) должна быть больше энергии магнитной анизотропии частицы KV (где К - константа анизотропии, V - объём частицы). Понижение температуры приводит к уменьшению энергии теплового движения, и ниже температуры блокировки Т_б, значение которой зависит как от вида материала, так и от размера частиц, изменение направления преимущественной намагниченности перестает быть хаотичным, и частицы начинают вести себя как обычные крупнокристаллические ферро- и ферримагнетики.

Типичными представителями суперпарамагнитных систем являются малые частицы Со, выделяющиеся при распаде твёрдого раствора Сu - Со (2% Со), мелкие выделения Fe в латуни (0,1% Fe), Сu в Mn, Ni в Аu, а также некоторые антиферромагнитные оксиды.