寧波材料所在鐵氧體永磁材料磁各向異性提升機理方面取得進展
M型六角鐵氧體是一種廣泛應(yīng)用于汽車電機、電子工具和家用電器中的永磁材料，已成為現(xiàn)代工業(yè)的重要材料。通過La（鑭）和Co（鈷）的共同替代，不僅能夠提升鐵氧體的磁性能，還能提高其操作溫度，使其應(yīng)用范圍更廣泛，是目前唯一商用化的高性能鐵氧體材料，因此引起了廣泛的研究興趣。然而，由于M型鐵氧體復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，對作為單軸磁各向異性增強核心的Co2+所占晶位的研究還沒有定論，磁各向異性機理存在爭議，這為下一代高性能鐵氧體磁體的材料設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所磁性材料應(yīng)用技術(shù)研究中心永磁材料及應(yīng)用技術(shù)研究方向成員針對這些問題展開了系統(tǒng)研究，利用中子粉末衍射和拉曼光譜分析技術(shù)，研究了La-Co共替代M型六角鐵氧體單晶和多晶樣品中Co離子的占位分布。結(jié)果顯示，大多數(shù)Co離子傾向于占據(jù)自旋向下的四面體4f1晶位，這增強了材料的凈磁矩和單軸磁各向異性。在單晶樣品中，Co離子主要占據(jù)八面體12k和2a晶位，而多晶樣品則主要占據(jù)雙錐形2b晶位。結(jié)合對前人長達20余年的相關(guān)研究的結(jié)果分析，科研人員提出精準(zhǔn)調(diào)控Co離子的占位，尤其是最大化4f1晶格的占位，對于增強M型六角鐵氧體的磁性能至關(guān)重要，如圖1。
這些研究成果不僅為理解M型鐵氧體磁性能的提升機制提供了新的視角，還為開發(fā)高性能永磁材料奠定了理論基礎(chǔ)。近期該工作分別以“Occupation distribution analysis of Co in La-Co substituted M-type hexaferrite and its significant effect on magnetic properties”為題的研究論文發(fā)表學(xué)術(shù)期刊J. Alloy. Compod. （2024,1003:175659，DOI：10.1016/j.jallcom.2024.175659），并以《高性能La-Co共替代M型永磁鐵氧體的磁各向異性增強機理研究進展》為題的綜述論文發(fā)表在中文期刊《物理學(xué)報》（2024,73(12):126101，DOI：10.7498/aps.73.20240190）上。
以上工作得到了寧波市頂尖人才科技項目等的資助。
圖1 鐵氧體晶體結(jié)構(gòu)中Co占位的示意圖（中），以及由中子衍射數(shù)據(jù)觀測到的Co引起四面體4f1晶位局部形變的磁晶各向異性起源：(a)在多晶粉末中，(b)在單晶中
（磁性材料應(yīng)用技術(shù)研究中心）