论四氧化三铁单晶体的结晶过程
2011-11-11 06:14阅读：
论四氧化三铁单晶体的结晶过程
笔者在“论四氧化三铁单晶体结构” －文中讨论了4氧化3铁单晶体结构,
但具体的结晶过程读者可能尚不清楚, 本文谈谈结晶过程供大家讨论.
图1表明 Fe3O4
分子是由3个左旋或右旋的铁原子和4个自旋相反的右旋或左旋的氧原子通过离子键组成的分子,
其中4个氧原子与铁原子自旋相反,分别排列在3个自旋相同的铁原子小黄道面E平面边缘上方和下方, 组成4个离子键.
单个Fe3O4分子处于显著的弯曲谐振状态, 因此, 它们必需结合成单晶体.
图1-1表示了4个Fe3O4
分子组成的单晶细胞组成的正方型,就像4块厚木板横竖交叉叠在一起一样., 在厚木板两边叠合处是4个自旋(左或右)
相同的铁原子取同相自旋上下叠合组成了单晶细胞. 多个单晶细胞上、下交叉叠合又组成了正方型长方体,
如图2表示的左旋或右旋的铁原子使4氧化3铁单晶细胞形成小条型磁铁, 其中兰色的是左旋铁小条型磁铁, 红色的是右旋铁小条型磁铁,
其磁极S或N方向如图2所示.
,
那么, 由单细胞所组成的小条型磁铁, 又以怎样在结晶过程形成4氧化3铁的单晶体呢?
首先兰色的(左旋铁)
或红色的(右旋铁)小条型磁铁要在其侧向互相吸引(如果其中1个翻转180度又组成－个更长的兰色或红色条型磁铁),形成了有闭合磁路的3个条型磁铁的矩形磁畴(图3).
当图3中－个矩型磁畴与其左、右两侧互相垂直的矩型磁畴相互吸引, 形成 ╋
型磁畴后,4氧化3铁单晶体的结晶过程便迅速以╋字型向外扩展, 形成大正方体. 由于周围空间矩型磁畴数量越来越少,
－般大的纯正的4氧化3铁单晶体多成正方8面体的菱型,
图4表示正方型的单晶面上,
兰色的表示左旋铁原子的Fe3O4的单晶细胞;红色的表示右旋铁原子的单晶细胞,
从图4中可以看到在Fe3O4小单晶面上最少要有9个(奇数)左旋细胞, 就必定有24个（偶数）右旋细胞, 共有33个细胞.
其中空位(空穴) 有16个。 在与单晶面垂直方向上,单晶片铁原子按左旋或右旋以同自旋上下排列组成了晶核.
开始左旋铁细胞迅速沿晶面方向以n ^2
生长， n=3,4,5,6,……
右旋铁细胞近似以
[n ^2 + m^2]
,
m= n
+1=4,5,6,7, …… 的细胞数扩展（生长）,其空穴个数为
m^2，当受到外场或杂质的干扰，晶面停止生长，这时晶面才开始向晶轴上、下方向扩展(生长)，由于在局部空间中，矩型磁畴数目越来越少晶面开始收缩，n的量子数逐渐减小，使这许多单晶面上、下按铁原子自旋相同叠合组成了Fe3O4大晶体成为正方8面体的菱型。由此可见,
晶体中 Fe3O4分子的填充率为约为
[2n ^2 +m^2]/ 2m^2+2n ^2, 当n
^2和m^2很大时，填充率为约为百分之70,如果把晶体胞中间空位计算在内，填充率约为百分之50,这与现代科学研究成果完全相符.
由于晶体空穴中充满了大量电子团或介子, 它们不但粘合了单晶细胞,使晶体成为导电体. 而每个单晶体都是一个小磁铁,
在其垂直单晶面的晶轴方向为永久磁铁的N或S极,这与它们沿与晶轴垂直方向左或右自旋铁原子的比例相关, 其比例为
K
≈[n ^2+ m^2]/ n ^2 , 当n→∞时 , K≥2.
这里
还要特别说一说在2氧化硅的结晶螺旋线上，笔者算出了氢电离光谱辐射的巴尔末系差频波数表达式为：
1/λ=R↓ 1(1/9* n^2 – 1/9*m^2)= R↓∞(1/ n ^2-1/m^2)
n＝1，2，3,，4,……
m= n +1=2，3，4, 5, ……
公式中R↓∞= R↓ 1/9=1.097373177*10^7(米^-1), R↓∞是里德伯常数.
而在4氧化三铁的结晶过程中又同样出现了Fe3O4小单晶面上最少有9个(奇数)左旋细胞,
9到底在数学上有什么特殊的意义呢？在我国古代人们对9情有独钟.
长期以来人们对4氧化三铁的磁性产生原因有各种说法，什么自由电子配对产生环形电流的自发极化，或磁铁矿的地磁场磁化等等，但是，谁也说不清楚。当物质世界突然在我们面前展现出各种关系的几乎令人生畏的简单性和整体性时，科学理论的首要目的是表达人们发现的自然界存在真、善、美……如果原子的生命也有思维，那么，我相信原子的灵魂对美感也会震惊不已！因为，它感到灵魂中被唤起的某种东西恰是一直在那儿，处在深处无意识的领域。
