軟磁材料 (SMM) 用于電氣應用和可持續能源供應，允許磁通量變化以響應外加磁場的變化，并且能量損失低。由于滯后損失，交通、家庭和制造業的電氣化導致能源消耗增加。因此，最小化可擴大這些損失的矯頑力至關重要。然而，僅實現這一目標是不夠的：電動發動機中的 SMM 必須承受嚴重的機械負載；也就是說，合金需要高強度和延展性。這是一個基本的設計挑戰，因為大多數增強強度的方法都會引入可以固定磁疇的應力場，從而增加矯頑力和磁滯損耗。

在這里，來自中南大學的李志明&德國馬普學會鋼鐵研究所的Dierk Raabe等研究者介紹了一種克服這種困境的方法：設計了一種 Fe-Co-Ni-Ta-Al 多元合金 (MCA)，它具有鐵磁基體和順磁性相干納米顆粒（尺寸約為 91nm，體積分數約為 55%）。它們阻礙位錯運動，增強強度和延展性。它們的小尺寸、低相干應力和小靜磁能在磁疇壁寬度以下產生相互作用體積，導致疇壁釘扎最小化，從而保持軟磁特性。該合金在 54% 的拉伸伸長率下具有 1,336?MPa 的抗拉強度、極低矯頑力中等飽和磁化強度和高電阻率。

相關論文以題為“A mechanically strong and ductile soft magnet with extremely low coercivity”于2022年08月10日發表在Nature上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04935-3

圖1. M-MCA的顯微結構和化學組成

圖2. M-MCA塑性變形過程中的力學行為和納米尺度過程

圖3. 室溫下MCAs的軟磁響應和相關的Bloch壁運動行為

圖4. 新的Fe32Co28Ni28Ta5Al7 (at.%) M-MCA材料的力學和磁性特征

總而言之，本文開發了一種高機械強度、高拉伸延展性、低矯頑力、中等飽和磁化強度 和高電阻率結合的材料。通過具有良好控制尺寸（91?nm）、磁性、相干應變、強度和界面能的納米粒子分散體在一類新的體SMM中實現了這一點。該設計策略與傳統 SMM 設計中普遍采用的策略相反。沒有像傳統 SMM 那樣使用最小的微觀結構特征（粒徑 <15?nm）來避免磁壁釘扎，而是選擇了具有調諧顆粒/基質界面相干應力和順磁特性的相對粗糙的顆粒分散體，以最大限度地減少疇壁的磁釘扎一方面（軟磁性），另一方面最大限度地提高與位錯的相互作用強度（強度和延展性）。

MCA 的無限組成空間允許實現具有良好軟磁和機械性能組合的材料。新的合金設計方法允許為暴露于嚴重機械負載的磁性部件定制 SMM，無論是在制造過程中和/或在服務期間，傳統的 SMM 在機械上太軟或太脆。未來開發先進磁性 MCA 的努力可以針對具有進一步改進的軟磁性能（例如，更高的磁飽和度）的變體，同時以更低的合金成本保持其出色的機械性能，并使用結合計算技術的高通量實驗，例如，機器學習，以加速新合金變體的發現。