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研究员柯海波、汪卫华团队联合中国散裂中子源、华中科技大学等单位，提出一种界面自旋序工程策略，借助热-电协同激活的氧迁移过程，在异质界面处构建梯度氧缺陷功能层，从原子尺度调控界面自旋序构，缓解了长期制约高频软磁器件的磁导率-损耗权衡。9月2日，相关成果发表于《自然-通讯》。

铁基非晶软磁复合材料中的界面自旋序工程策略。研究团队供图，下同

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。这并非简单的材料选择问题：强磁性依赖自由电子维持交换作用，而高电绝缘性又要求宽禁带、抑制自由电子迁移；当氧化物界面被刻意绝缘化时，磁性交换路径也随之被中断。由内在电子结构矛盾主导的界面设计难题，导致了非晶软磁复合材料“低损耗”与“高磁导率”之间的性能冲突，成为非晶软磁复合材料性能提升的关键瓶颈。

CeO₂绝缘非晶软磁复合材料的界面结构。

针对上述问题，研究团队在国家自然科学基金等项目资助下，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”。

界面自旋构型调控非晶软磁复合材料的磁导率与损耗。

磁性能测量结果验证了这一界面设计的有效性：与TiO₂绝缘样品相比，CeO₂界面样品在200 kHz下磁导率提升约150%，总损耗降低约76%，并优于强磁性的Fe₃O₄绝缘体系。在20 mT、100 kHz条件下，总损耗低至86 kW/m³。在直至100℃的温度区间内，样品的振幅磁导率、损耗和动态矫顽力均保持稳定，展现出良好的热稳定性和器件化潜力。

界面自旋构型调控多尺度磁结构。

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，研究团队与中国散裂中子源ERNI团队合作，利用中子兼具强穿透力和对磁矩的高敏感性，通过拟合中子散射DFI信号衰减曲线，首次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，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。

氧空位介导的异质界面自旋有序化机制。

此外，团队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。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77457-5