前沿| 复旦车仁超AM：利用层间磁相互作用精准调控多壳层铁磁性FeCo合金，实现高响应低频电磁吸收

复旦大学车仁超教授团队经过多年对于透射电镜系统的研究，自主研发了多种多物理场耦合的微观样品透射电镜测试平台。通过原位宽温区升降温、原位加直流/脉冲电、原位加磁场等多种原位测试方法，对材料的微观电学、磁学特性例如局域电场、微观杂散场、应变分布等进行原位观察及解析，实现对磁性材料、能源材料、半导体材料及电磁功能材料的指导性设计。特别开发了高分辨电子全息等表征技术，解决了磁性材料磁畴结构及杂散场分布解析难的问题，并动态分析材料微区极化电场分布，从微区电磁场角度提出材料设计及性能优化新机制，进一步指导磁性材料、能源材料、电磁功能材料等性能提升。

依托于上述平台，近日，复旦大学车仁超教授及吕华良研究员通过精确调控二维原子层间范德华力，可以精准控制电子-声子耦合，从而获得独特的量子特性。然而，由于范德华力强度弱、应用范围小，将这一技术应用于三维材料充满挑战。因此，研究新结构和不同层间力对于克服这些限制、发现材料新的物理特性至关重要。在这项工作中，车仁超团队首先，模拟了不同形状、结构和层间距的FeCo合金的高频磁谱，并从中筛选出在2-6 GHz频率范围内具备最优异电磁特性的FeCo合金。随后，基于模拟结果，利用等温扩散方法，开发了一种具有可控壳层数的多壳层FeCo合金材料，并利用原位气氛透射电镜，解析了壳层的形成机制。利用电子全息技术分析层间杂散场分布及强度，系统解析这些壳层之间的磁相互作用，微调每个壳层的磁性质。这种方法揭示了多壳层铁磁材料中独特的磁性特征，包括磁畴形态调制和有效场增强。同时，通过观察并分析壳层之间的纳米尺度磁相互作用，为改变壳层的磁特性提供了启发，增强了对铁磁材料磁特性的理解和调控。多壳层铁磁材料独特的磁性相互作用显著提升了5G无线设备使用的低频电磁吸收能力，比没有多层结构的铁磁材料提升数倍，其在2.2 mm的厚度下在2-6 GHz频率范围内有效吸波带宽达到1.6  GHz，最强吸收达到-42.1 dB。该成果展示出利用层间磁相互作用，对磁性材料进行磁特性调制的令人兴奋的创新前景，有望实现高低频响应性铁磁性材料的精准设计和可控制备。

 图1 壳层间磁相互作用示意图

图2 对于不同形貌的铁磁性材料的微磁学模拟

图3 壳层间磁相互作用及杂散场耦合的显微学表征与微磁学模拟

车仁超，复旦大学教授，博士生导师（材料物理与化学），2017年国家杰青（金属材料的显微结构与吸波性能）。研究领域包括磁性物理、原位电子显微学、微波吸收材料、能源材料微观机制、半导体超晶格中远红外激光器与探测器等，着重于器件材料的显微结构与性能的构效关系，共发表460多篇SCI论文，含通讯/第一作者350余篇，他引2万多次，含48篇ESI高被引论文，H指数86。第一作者单篇最高他引1800多次，授权（申请）国家发明专利38项，通讯/第一作者论文含1篇Nature、5篇Nat. Commun.、9篇Adv. Mater.、1篇PNAS、9篇Adv. Energy Mater.、35篇Adv. Funct. Mater. 、9篇ACS Nano等。先后主持3项科技部重点研发项目课题、10项国家自然基金项目（重点、2项仪器重大、杰青等）。2020年获上海市自然科学一等奖（排名第1），2018年获教育部自然科学二等奖（排名第1）。入选2019年上海市优秀学科带头人、2013年教育部新世纪优秀人才、上海市曙光学者和浦江学者计划。获得2008年Thomson Reuters“中国卓越论文研究奖”，2021-2023年连续三年获得科睿唯安全球“高被引学者”。中国电子显微镜学会常务理事、中国晶体学会常务理事、中国超材料学会常务理事等。

吕华良，复旦大学光电研究院研究员，上海市浦江人才、上海市海外高层次人才、2021~2023年度科睿唯安全球“高被引学者”称号。主要从事电磁功能材料及器件方面研究，在Nat. Commun.、Prog. Mater. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表学术论文70余篇，累计他引9000余次，其中ESI高被引/热点论文共27篇；此外，荣获2023年教育部自然科学二等奖、2022年中国颗粒学会自然科学二等奖、2022-2023年度Nano-Micro Lett.编辑部“ESI TOP ARTICLE AWARD”。担任 Adv. Funct. Mater.期刊客座编辑，入选Nano-Micro Lett.与Adv. Power. Mater.期刊青年编委。