【儀表網 研發快訊】M型六角鐵氧體是一種廣泛應用于汽車電機、電子工具和家用電器中的永磁材料，已成為現代工業的重要材料。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型鐵氧體復雜的晶體結構，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計帶來了挑戰。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所磁性材料應用技術研究中心永磁材料及應用技術團隊針對這些問題展開了系統研究，利用中子粉末衍射和拉曼光譜分析技術，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。結果顯示，大多數Co離子傾向于占據自旋向下的四面體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離子主要占據八面體12k和2a晶位，而多晶樣品則主要占據雙錐形2b晶位。結合對前人長達20余年的相關研究的結果分析，團隊提出精準調控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，還為開發高性能永磁材料奠定了理論基礎。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”為題的研究論文發表學術期刊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》為題的綜述論文發表在中文期刊《物理學報》(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 鐵氧體晶體結構中Co占位的示意圖(中)，以及由中子衍射數據觀測到的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
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