近日，我校物理與電子工程學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》（中科院一區(qū)TOP期刊，影響因子14.1）發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于高頻軟磁材料的突破性研究成果。論文題為《Overcoming the Trade-off Between Magnetic Coupling and Electrical Insulation in Soft Magnetic Materials via Nanochain Engineering》。該工作由我校余鵬教授團(tuán)隊(duì)與松山湖材料實(shí)驗(yàn)室汪衛(wèi)華院士、柯海波研究員團(tuán)隊(duì)共同合作完成。重慶師范大學(xué)與松山湖材料實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生左定榮為論文第一作者，柯海波研究員、周靖副研究員、程振祥教授和余鵬教授為共同通訊作者。
隨著5G通信、新能源汽車(chē)及高性能計(jì)算等技術(shù)的飛速發(fā)展，電子器件不斷向高頻化、集成化、微型化邁進(jìn)，對(duì)核心軟磁材料提出了前所未有的苛刻要求：既需要在高頻下（如超過(guò)100 MHz）保持穩(wěn)定的磁導(dǎo)率，又必須同時(shí)具備高飽和磁化強(qiáng)度以縮小器件體積，以及高電阻率以抑制渦流損耗、提升效率。然而，在傳統(tǒng)材料體系中，增強(qiáng)磁耦合（提升磁性）與強(qiáng)化電絕緣（提升電阻率）二者相互制約，如同“魚(yú)與熊掌”，成為制約高頻軟磁技術(shù)發(fā)展的根本性瓶頸。
針對(duì)這一長(zhǎng)期存在的核心矛盾，研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，提出并成功制備了一種具有“自隔離”結(jié)構(gòu)的Fe/FeCo納米鏈軟磁復(fù)合材料。該材料通過(guò)磁場(chǎng)輔助化學(xué)合成與原位氧化技術(shù)，使化學(xué)還原得到的磁性納米顆粒在磁場(chǎng)引導(dǎo)下自主裝成一維鏈狀結(jié)構(gòu)，并利用自然形成的超?。s6-12納米）氧化層實(shí)現(xiàn)顆粒間的電絕緣。這一巧妙的架構(gòu)在納米尺度上實(shí)現(xiàn)了“磁路”與“電路”的空間解耦：鏈狀排列保障了顆粒間強(qiáng)烈的磁交換耦合，從而獲得高飽和磁化強(qiáng)度（Fe基納米鏈達(dá)149.2 emu/g，F(xiàn)eCo基達(dá)172.1 emu/g）；而超薄連續(xù)氧化層則提供了有效的電隔離，賦予材料高電阻率（Fe基為0.86 Ω·m，F(xiàn)eCo基為0.41 Ω·m）。
尤為突出的是，該材料展現(xiàn)出卓越的高頻性能：磁導(dǎo)率穩(wěn)定頻率超過(guò)1 GHz，且在1 MHz、20 mT測(cè)試條件下，磁芯損耗（Fe基為446.86 kW/m3，F(xiàn)eCo基為564.43 kW/m3）顯著低于商用軟磁復(fù)合材料。理論計(jì)算進(jìn)一步揭示了其優(yōu)異性能的物理機(jī)制：非晶/晶體復(fù)合界面處的電荷重組增強(qiáng)了自旋極化，提升了磁化強(qiáng)度；而金屬-氧化物界面處形成的電場(chǎng)能將渦流有效地限制在單個(gè)納米顆粒內(nèi)部，從而大幅降低高頻渦流損耗。
這項(xiàng)研究不僅成功打破了高頻軟磁材料性能“蹺蹺板”式的傳統(tǒng)權(quán)衡，展示了同時(shí)實(shí)現(xiàn)高磁化強(qiáng)度、高電阻率與高頻穩(wěn)定性的可行路徑，其采用的低溫低壓成型工藝也極具產(chǎn)業(yè)化潛力。該成果為下一代高性能、小型化高頻電子器件（如高頻變壓器、電感器等）的開(kāi)發(fā)提供了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)與全新的設(shè)計(jì)思路，具有重要科學(xué)價(jià)值與應(yīng)用前景。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202517270
