磁性金属氧化物的新视角： 非晶化的挑战

doi:10.7503/cjcu20260142

摘要/Abstract

摘要：

非晶金属氧化物因其长程无序而短程有序的结构特征，在磁性研究中展现出区别于晶态体系的独特物理行为. 本文综合评述了非晶金属氧化物的结构特点、主要磁性类型及其物理机制，并重点讨论了超顺磁、自旋玻璃、簇玻璃及随机交换磁态等典型磁行为的起源及其内在联系. 同时，总结了熔融急冷、溶胶-凝胶、模板法及机械非晶化等主要制备方法，分析了不同制备策略对材料结构与性能的影响，旨在为理解非晶金属氧化物中结构无序与磁性之间的关系提供参考.

关键词: 非晶金属氧化物, 局域结构, 磁性, 制备方法.

Abstract:

Amorphous metal oxides（AMOs）， characterized by long-range disorder and short-range order， exhibit distinct magnetic behaviors compared to crystalline materials. This review provides an overview of their structural characteristics， magnetism， and underlying mechanisms， with emphasis on typical phenomena such as superparamagnetism， spin glass， cluster glass and random exchange magnetic states， as well as their intrinsic correlations. Representative synthesis strategies， including melt-quenching， sol-gel， template， and mechanical amorphization， are also summarized. And their impacts on structure and properties are discussed. This review aims to elucidate the relationship between structural disorder and magnetism in AMOs.

Key words: Amorphous metal oxide, Local structure, Magnetism, Synthesis method

中图分类号:

O611.62

TrendMD:

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图/表 9

Fig.4 Schematic illustration of superparamagnetism classified by spins(A—C)[32], conventional spin glass(D) and cluster glass(E)[37]（A） Isolated；（B） forming a dipole glass；（C）forming a chain with aligned dipole moments.（A—C） Copyright 2010， Beilstein-Institut；（D—E） Copyrigh 2020， IOP Publishing.

Table 1 Comparison of synthesis methods for amorphous metal oxides

Method	Strategy	Advantage	Disadvantage	Applicable system
Melt⁃quenching	Subtraction	Mature technique	Requires high glass⁃forming ability and thermal stability	Bulk amorphous particles with strong glass⁃forming ability
Sol⁃gel	Addition	Low⁃temperature synthesis	Easy crystallization； precise heat⁃treatment control	Micron⁃ and nanoscale multicomponent amorphous powders
Template	Addition	Low⁃temperature synthesis， morphology control	Limited template selection； difficult to remove templates	Micron⁃/nanoscale and mesoporous amorphous powders
Mechanical amorphization	Subtraction	Direct transformation from solid⁃state	Requires certain glass⁃forming ability	Nanoscale amorphous powders
Pressure⁃induced amorphization	Subtraction	Enables metastable structures under ambient conditions	Complex equipment； difficult for mass production	Systems exhibiting amorphization under high pressure
Magnetron sputtering	Addition	High cooling rate， easy property tuning	Sensitive to processing parameters	Amorphous oxide thin films and composite multilayer films
Laser⁃induced ultrafast quenching	Subtraction	Extremely high cooling rate	Complex process； difficult for mass production	Nanoparticles difficult to amorphize

Fig.7 Magnetoelectric spintronics with amorphous FDTO thin films[112]（A） HRTEM image of the interface between amorphous FDTO on crystalline BFO；（B） magnetic moment at room temperature；（C） schematic of GMR heterostructure used to study ME switching capabilities of FDTO；（D） GMR signal as a function of applied magnetic field at room temperature；（E） schematic of FDTO/BFO capacitor；（F） ferroelectric hysteresis loop of the capacitor；（G） fatigue test of the capacitor.Copyright（2020）， Springer Nature.

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