Ni0.5 Zn0.5 Fe2 O4 尖晶石铁氧体陶瓷的高频与微波磁性能研究：宽频域磁损耗机制与5G/6G屏蔽应用

为解决无线通信和微波电子系统导致的电磁污染问题，研究人员针对Ni0.5 Zn0.5 Fe2 O4 （NZF）尖晶石铁氧体陶瓷开展宽频域（1 MHz–50 GHz）磁性能研究，揭示了磁畴壁动力学和磁振子（magnon）激发对高频损耗与屏蔽效率的调控机制，为5G/6G频段吸波材料设计提供理论依据。

　　

随着5G/6G通信技术的快速发展，电磁污染问题日益严峻。传统吸波材料在20 GHz以上频段的性能急剧下降，亟需开发宽频高效的新型材料。尖晶石铁氧体因其可调的磁性能成为研究热点，但对其在超高频（如30 GHz和60 GHz）的磁损耗机制缺乏系统性研究。捷克科学院联合乌克兰国家科学基金的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表论文，通过多尺度实验揭示了Ni_0.5
Zn_0.5
Fe₂
O₄
（NZF）陶瓷从MHz到GHz频段的磁响应机制。

研究采用氢氧化物顺序沉淀法合成NZF纳米粉体，经800°C热处理获得平均粒径34 nm的立方尖晶石相（空间群Fd₃
m）纳米颗粒。通过透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和威廉姆森-霍尔分析表征结构，结合宽频阻抗分析仪（1 MHz–2 GHz）和微带线测试系统（2–50 GHz）测定磁导率谱与微波传输特性。

结构分析
NZF陶瓷呈现10 μm晶粒的均匀微观结构，晶格参数8.397 ?。纳米尺度效应和晶界交换耦合对磁性能产生显著影响（图2）。

高频磁导率
在1 MHz–1.8 GHz范围内观察到温度依赖的共振型磁导率色散（图4），归因于多畴结构中磁畴壁（domain-wall）的动力学行为。该机制导致NZF在零偏置磁场下即具有高磁损耗（μ″>50）和非线性响应特性。

微波磁激发
微带线测试发现三个磁振子（magnon）激发模式：F2（<10 GHz）对应自然铁磁共振（FMR），F3和F4在28–44 GHz被激发（图7）。偏置磁场可调控这些模式的频率和强度，证实其源自体磁畴的集体自旋动力学。

吸收与屏蔽效率
磁畴壁运动（1 MHz–2 GHz）和磁振子激发（2–50 GHz）共同贡献宽频吸波性能。计算表明NZF在5G频段（28 GHz附近）的屏蔽效率（SE）达30 dB，衰减常数优于传统介电-导体复合材料（图8）。

该研究首次系统阐明NZF在宽频域的磁损耗机制：低频段（<2 GHz）由磁畴壁动力学主导，高频段（>28 GHz）则依赖高阶磁振子与电磁波的相互作用。这一发现为设计面向5G/6G通信的磁-介电谐振吸波材料提供了新思路，特别是通过成分调控（如Zn含量）和微观结构设计（纳米晶/多畴结构）可优化特定频段的性能。研究还提示U型六角铁氧体中的类似磁振子机制可能普遍存在于其他铁磁材料中。