磁鐵礦是地球上主要的古地磁記錄礦物，但在月球上，磁場(chǎng)被認(rèn)為主要由金屬鐵和鐵鎳合金主導(dǎo)，磁鐵礦稀少且通常存在于鈦鐵礦中，尺寸為亞微米級(jí)。研究團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號(hào)月壤角礫巖的鎳黃鐵礦-鈦鐵礦組合中識(shí)別出納米至微米級(jí)的磁鐵礦。這些磁鐵礦出現(xiàn)在鎳黃鐵礦內(nèi)部及表面，局部包裹鎳黃鐵礦納米內(nèi)含物，表明其形成路徑與鈦鐵礦宿主中的情況不同。

礦物學(xué)特征和成分分析顯示，磁鐵礦由撞擊產(chǎn)生的鐵-鎳-硫-氧熔體依次結(jié)晶形成：首先在鈦鐵礦邊緣快速生長(zhǎng)出鎳黃鐵礦，隨后磁鐵礦在硫化物-硅酸鹽界面成核。月球低氧逸度穩(wěn)定了富Fe2?的磁鐵礦，這與地球上的類似物不同。高結(jié)晶度和單疇至單渦旋態(tài)表明這些顆粒具有強(qiáng)剩磁穩(wěn)定性，使其成為同期月球磁場(chǎng)的可靠記錄者。這些結(jié)果擴(kuò)展了已知的月球磁性載體種類，并證明了在月球氧化還原條件下由撞擊驅(qū)動(dòng)的磁鐵礦形成，有助于利用磁鐵礦來(lái)完善月球磁歷史的研究。

行星物質(zhì)中的鐵磁性礦物保存了行星磁場(chǎng)起源、演化和強(qiáng)度的獨(dú)特檔案。磁鐵礦(Fe?O?)是一種混合價(jià)態(tài)的Fe2?-Fe3?氧化物，在地球上發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其礦物學(xué)和磁學(xué)特征為重建古地磁場(chǎng)、環(huán)境和氣候變化提供了基礎(chǔ)。然而，月球表面無(wú)大氣、無(wú)水，且顯著還原，其地幔氧逸度比鐵-方鐵礦(IW)緩沖線低數(shù)個(gè)對(duì)數(shù)單位，這種條件通常不利于生成和保存含F(xiàn)e3?的相。盡管如此，自阿波羅時(shí)代以來(lái)，通過(guò)整體巖石磁性、電子自旋共振和穆斯堡爾分析已積累了間接的月球磁鐵礦證據(jù)。亞微米級(jí)磁鐵礦首次在阿波羅16號(hào)月壤角礫巖60016中被明確鑒定，并在近期的嫦娥五號(hào)(CE5)和嫦娥六號(hào)(CE)月壤及玻璃中被發(fā)現(xiàn)。

盡管取得了這些進(jìn)展，月球磁鐵礦的物理、化學(xué)和磁學(xué)特性仍缺乏約束。其形成機(jī)制，包括金屬鐵的氧化、揮發(fā)物存在下鈦鐵礦的脫硫，或富FeO金屬的共晶結(jié)晶，仍存在爭(zhēng)議。本文記錄了在CE5月壤角礫巖樣品CE5-023_P13中存在于鎳黃鐵礦-鈦鐵礦組合內(nèi)的納米至微米級(jí)磁鐵礦晶體。通過(guò)相關(guān)原子尺度結(jié)構(gòu)、化學(xué)和磁學(xué)分析，闡明了這些顆粒的納米結(jié)構(gòu)、成分和磁疇狀態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了已知的月球磁性載體清單，為撞擊熔融過(guò)程、月球氧化還原條件和剩磁保存提供了額外見(jiàn)解，為月球磁歷史和近表面環(huán)境演化提供了新視角。

自阿波羅時(shí)代以來(lái)，月球表面的磁鐵礦一直存在爭(zhēng)議。早期研究提出磁鐵礦通過(guò)富含揮發(fā)物的月球蒸汽誘導(dǎo)的鈦鐵礦脫硫反應(yīng)形成。隨后對(duì)CE5月球樣品的TEM研究表明，亞微米級(jí)磁鐵礦與金屬鐵顆粒共存于含氧的Fe-S液滴中，將其形成歸因于撞擊熔融期間的共晶分解反應(yīng)。然而，CE5-023_P13月壤角礫巖中識(shí)別出的磁鐵礦-鎳黃鐵礦-鈦鐵礦組合表現(xiàn)出獨(dú)特的礦物學(xué)和結(jié)構(gòu)關(guān)系。這些磁鐵礦在廣泛的納米至微米級(jí)粒徑/形態(tài)光譜、顯著的Fe2?富集和豐富的鎳黃鐵礦納米內(nèi)含物方面，從根本上不同于典型的地球磁鐵礦。

基于對(duì)阿波羅16號(hào)月壤角礫巖60016的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)論證，Joy等人提出，在<570 ce5="">

SEM和TEM分析表明，月球磁鐵礦晶體呈橢球形或不規(guī)則形狀，尺寸從納米到微米不等。小于約30 nm的顆粒可能表現(xiàn)出SP行為，貢獻(xiàn)磁化率但不貢獻(xiàn)穩(wěn)定剩磁。相反，較大的晶體（>30 nm）具有攜帶穩(wěn)健熱剩磁(TRM)或熱化學(xué)剩磁(TCRM)的潛力?；赥EM的微磁分析證實(shí)了這些磁鐵礦晶體的穩(wěn)定SD和SV狀態(tài)，強(qiáng)化了其作為能夠以十億年尺度保存磁化的穩(wěn)定磁性載體的潛力。因此，月球磁鐵礦可能是地殼磁異常的重要貢獻(xiàn)者。月球磁場(chǎng)的起源、強(qiáng)度和持久性仍存在爭(zhēng)議，全球地殼異常和古地磁數(shù)據(jù)表明，一個(gè)活躍的月球發(fā)電機(jī)從>42億年前持續(xù)到約36億年前，其強(qiáng)度與地球現(xiàn)代磁場(chǎng)相當(dāng)。然而，單晶古強(qiáng)度研究反對(duì)39億年后持續(xù)的內(nèi)核發(fā)電機(jī)，提出撞擊驅(qū)動(dòng)的磁場(chǎng)是年輕月球樣本的主要磁化機(jī)制。月球磁鐵礦的清單不斷增長(zhǎng)，包括本研究中報(bào)告的鎳黃鐵礦宿主磁鐵礦晶體，指向撞擊過(guò)程是月球表面磁鐵礦形成的主要驅(qū)動(dòng)力。