近日，中国科学院高能物理研究所陈洁研究员团队与中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室柯海波研究员、汪卫华院士团队合作，利用中子散射成像首次实现非晶软磁复合材料中磁畴尺寸与颗粒间磁连通性的定量解析，为非晶软磁复合材料界面序调控提供重要科学数据支撑。相关成果以“Interfacial spin-order engineering mitigates the permeability-loss trade-off in amorphous soft magnetic composites”为题发表于《Nature Communications》（https://doi.org/10.1038/s41467-026-77457-5）。
非晶软磁复合材料是高频电子器件的核心功能材料，广泛服务于储能、功率转换与信号滤波等场景。对这类材料而言，高磁导率支撑高效磁通传导，低损耗则可抑制器件发热、延长服役寿命。但二者通常难以兼得：抑制涡流损耗要求颗粒间形成电绝缘界面，而电绝缘层多由非磁或弱磁材料构成，会引入磁稀释和局部退磁场，进而导致磁导率下降。针对上述问题，研究团队跳出“选用强磁性绝缘相”的传统路线，提出“氧空位—界面自旋序—磁连通性”协同调控的界面设计思路。团队以FeSiBCCr非晶粉末为磁性基体、非磁性CeO2为绝缘相，在放电等离子烧结过程中利用热-电协同激活的氧迁移，在异质界面处构筑了梯度氧缺陷功能层。该功能层在保持材料宏观非晶结构的同时，实现了从绝缘氧化物到铁磁非晶基体的平滑自旋过渡，为跨颗粒磁耦合架设了原子尺度的“桥梁”。
非晶软磁复合材料中的磁畴被颗粒边界、绝缘界面和非晶基体切割成复杂空间网络：常规宏观磁性测试只能给出平均响应，磁光克尔显微镜等手段又难以穿透毫米级环形磁芯，科研人员长期面临“看得见宏观平均性能、看不见微观整体磁畴”的表征困境。为解决这一问题，团队利用散裂中子源能量分辨中子成像谱仪自主设计和搭建的中子光栅干涉仪成像系统，获取磁环样品的散射图像，通过改变自相关长度，拟合中子散射DFI信号衰减曲线，成功实现非晶软磁复合材料中磁畴尺寸与颗粒间磁连通性的定量解析（图1），揭示了CeO2界面样品中由界面自旋构型调控的磁畴尺寸增大、磁连通性增强这一关键机制，为界面自旋序调控磁畴/界面磁连通性、进而实现宏观磁导率-损耗协同优化的因果链提供了直接证据。
图1. 界面自旋构型调控多尺度磁结构
此外，研究人员进一步阐述了氧空位调控界面自旋构型的内在机制：氧空位介导的超交换作用使界面两侧的Ce与Fe原子自旋由无序或反铁磁排列转变为平行铁磁排列，从而消除跨颗粒的磁耦合壁垒。中子散射成像提供的微观磁畴证据与原子级机制相互印证，证明界面自旋序构的优化，与界面材料本身的磁性强弱同样关键。该研究突破了传统绝缘界面主要依赖材料磁性选择的设计思路，相关策略可推广至其他稀土氧化物绝缘体系，并通过构筑可调氧空位梯度实现磁响应的进一步调控，为开发面向高频节能磁性器件的低损耗软磁复合材料提供了新的设计准则。
图2. 氧空位介导的异质界面自旋有序化机制
松山湖材料实验室丁华平、散裂中子源科学中心王声翔和陈洁为论文共同第一作者，松山湖材料实验室柯海波、汪卫华为共同通讯作者。该工作由松山湖材料实验室、中国科学院东莞材料科学与技术研究所、中国散裂中子源、华中科技大学等单位合作完成，并得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目、广东省人才计划和中国博士后科学基金等项目支持。
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