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尖晶石是化學式為AB2O4的氧化物，其中A是二價金屬陽離子（正離子），B是三價金屬陽離子，O是氧。尖晶石的價值在於其分子的美麗的空間構型，而三價陽離子B由鉻元素（Cr）組成的尖晶石，其有趣的原因與美學無關。它們具有磁性，具有豐富的潛在技術應用，包括氣體感測器、藥物載體、資料儲存介質和電信系統的元件等。

巴西和印度研究人員的一項研究調查了一種特殊的尖晶石：摻鋅的錳鉻鐵礦。這種材料的奈米粒子由公式Mn0。5Zn0。5Cr2O4［其中錳（Mn）和鋅（Zn）構成了A位點二價陽離子］描述，在實驗室裡合成了這種材料的奈米粒子，並透過基於密度函數理論（DFT）的計算進行了表徵，密度函數理論是一種源於量子力學的方法，用於解決複雜晶體結構的固態物理和化學。

透過X射線衍射、中子衍射、X射線光電子能譜和拉曼光譜測定了該材料的結構、電子、振動和磁特性。該研究報告發表在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials 》雜誌上，題目是 “Structural， electronic， vibrational and magnetic properties of Zn2+ substituted MnCr2O4 nanoparticles”。

參與該研究的巴西科學家隸屬於功能材料研究與開發中心（CDMF），該中心是聖保羅研究基金會-FAPESP支援的研究、創新與傳播中心（RIDCs）之一。

在19開爾文（-254。15攝氏度）下建立了順磁到反磁的相變。順磁材料被外部磁場吸引，因為它們的原子或分子中每個原子或分子都有一個自旋未配對的電子。磁性材料有多個有組織的未配對電子，這些電子的累積效應產生磁吸引力。在反磁或反鐵磁性材料中，所有電子的自旋是成對的，因此，每一個自旋向上的電子，就有一個自旋向下的電子。因此，它們對適度的外部磁場的存在沒有明顯的反應。

“我們之所以對這種材料感興趣，是因為它的磁特性，”該研究的作者之一Elson Longo說。Longo是巴西聖保羅州聖卡洛斯聯邦大學（UFSCar）化學系的名譽教授，也是CDMF的主要研究者。

“傳統的研究是從系統整體的角度出發，籠統地考慮磁特性，而我們開發出了一種量子力學方法，可以根據材料的晶體結構表面的形態來確定磁特性。”Longo說。“甚至在合成任何材料之前，我們就能從理論上預測出它的磁特性。在這個特定的情況下，我們期望鋅能促進表面具有磁效能的增加，而這確實發生了。”

根據Longo的說法，要想正確理解一個晶體，應該從三個不同的尺度上考慮。“在遠距離上，我們有整個晶體。在短距離上，我們擁有的是最小的原子團。在中距離上，我們有兩個或兩個以上的原子團相互作用。如果一個原子團是完全有序的，它不會顯示出順磁行為，更不用說磁行為了，因為每一個自旋上揚的電子，就會有一個偏移的自旋下揚電子。然而，如果發生任何變化，例如化學鍵角發生改變，則可能會出現未配對的電子，材料可能會變得順磁甚至磁性，”他說。

這種干擾也可能是中距離相互作用的結果。因此，中短距離和中距離的變化都會產生磁性。同一種材料會因為某些引數的變化而表現出不同的特性，這與材料的合成方式有關。

“CDMF正在進行研究，集中在確定具有殺菌特性的非常廉價的材料。其中一個應用將是生產包裝，以延長食品的保質期。另一個重點是鑑定具有抗癌特性的無機材料。第三條研究路線是尋找能夠分解有機分子並將其轉化為碳氣和水的光降解材料。這些材料可以用來清理被汙染物汙染的河流。”Longo說。