M型六角铁氧体是一种广泛应用于汽车电机、电子工具和家用电器中的永磁材料，已成为现代工业的重要材料。通过La(镧)和Co(钴)的共同替代，不仅能够提升铁氧体的磁性能，还能提高其操作温度，使其应用范围更广泛，是目前唯一商用化的高性能铁氧体材料，因此引起了广泛的研究兴趣。然而，由于M型铁氧体复杂的晶体结构，对作为单轴磁各向异性增强核心的Co2+所占晶位的研究还没有定论，磁各向异性机理存在争议，这为下一代高性能铁氧体磁体的材料设计带来了挑战。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所磁性材料应用技术研究中心永磁材料及应用技术团队针对这些问题展开了系统研究，利用中子粉末衍射和拉曼光谱分析技术，研究了La-Co共替代M型六角铁氧体单晶和多晶样品中Co离子的占位分布。结果显示，大多数Co离子倾向于占据自旋向下的四面体4f1晶位，这增强了材料的净磁矩和单轴磁各向异性。在单晶样品中，Co离子主要占据八面体12k和2a晶位，而多晶样品则主要占据双锥形2b晶位。结合对前人长达20余年的相关研究的结果分析，团队提出精准调控Co离子的占位，尤其是最大化4f1晶格的占位，对于增强M型六角铁氧体的磁性能至关重要，如图1。
这些研究成果不仅为理解M型铁氧体磁性能的提升机制提供了新的视角，还为开发高性能永磁材料奠定了理论基础。近期该工作分别以“Occupation distribution analysis of Co in La-Co substituted M-type hexaferrite and its significant effect on magnetic properties”为题的研究论文发表学术期刊J. Alloy. Compod. (2024,1003:175659，DOI：10.1016/j.jallcom.2024.175659)，并以《高性能La-Co共替代M型永磁铁氧体的磁各向异性增强机理研究进展》为题的综述论文发表在中文期刊《物理学报》(2024,73(12):126101，DOI：10.7498/aps.73.20240190)上。
以上工作得到了宁波市顶尖人才科技项目等的资助。
图1 铁氧体晶体结构中Co占位的示意图(中)，以及由中子衍射数据观测到的Co引起四面体4f1晶位局部形变的磁晶各向异性起源：(a)在多晶粉末中，(b)在单晶中
