SIZE EFFECTS IN FINE PARTICLES OF Fe₃O₄

Résumé
On a étudié par spectroscopie Mössbauer et par des mesures magnétiques les propriétés électriques et magnétiques d'échantillons microcristallins stoechiométriques de Fe₃O₄ (dimension des particules entre 200 et 4 000 Å). On observe une transition métal-isolant aussi bien en diminuant la taille des particules qu'en appliquant un champ magnétique externe de 3 kOe à température ambiante. Les données des mesures d'aimantation révèlent que dans l'état isolant l'arrangement magnétique dans des particules de taille d'environ 200-300 Å est différent de l'ordre de Verwey du matériau macroscopique. La transition métal-isolant est expliquée par des effets quantiques de taille : la longueur d'onde des porteurs de courant peut devenir comparable ou même supérieure à la taille des petites particules.

Abstract
The electrical and magnetical properties of microcrystalline, stoichiometric Fe₃O₄ samples (particle size between 200-4 000 Å) were studied by Mössbauer spectroscopy and by magnetization measurements. As well for decreasing particle size as upon application of an external magnetic field of 3 kOe at room temperature a metal-insulator transition is observed. The magnetization data show that in the insulating state the order in particles with sizes on the order of 200-300 Å is different from the Verwey order of bulk material. The metal-insulator transition is explained by quantum size effects : The wave length of current carriers may become comparable or even larger than the size of fine particles.