综   述

非晶催化材料中结构和序调控：结构-性能关联及发展展望

赵秋玉，鲁振，白海洋，汪卫华

物理学报, 2026, 75(11): 110801

DOI: 10.7498/aps.75.20251273

CSTR: 32037.14.aps.75.20251273

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摘要：当前全球面临能源危机与环境污染的双重挑战，亟需实现清洁高效的能源转化与污染治理。催化剂作为化学反应的核心驱动力，在降低活化能、提升转化效率方面发挥着不可替代的作用，广泛应用于燃料电池、电解水制氢及污染物净化等领域。传统催化剂在活性、稳定性和资源可持续性方面存在局限，尤其依赖贵金属，而贵金属的高成本与稀缺性制约了其大规模推广。因此，开发兼具高效、稳定与环保的新型催化材料成为必然趋势。非晶合金因其长程无序、短程有序的原子结构及成分可调特性，展现出独特的催化优势。低配位不饱和原子提供丰富活性位点，多元合金组成可灵活调控电子结构，同时可通过纳米多孔化等手段显著地提升比表面积，从而提高催化活性，且该材料具备优异的耐腐蚀性与环境友好性。近年来，非晶合金在电催化析氢（HER）、析氧（OER）、污染物降解、氢气氧化（HOR）及甲醇氧化（MOR）等反应中表现出优异性能与广阔应用潜力。本文系统综述了非晶合金在能源与环境催化领域的研究进展，并探讨了成分、结构与催化性能的关系，为未来非晶合金催化剂的设计与应用提供参考。

铁基非晶合金微观结构与磁性的关联性

刘小榕，李康源，李茂枝

物理学报, 2026, 75(4): 040708

DOI: 10.7498/aps.75.20251598

CSTR: 32037.14.aps.75.20251598

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摘要：铁基非晶合金因高饱和磁化强度、高磁导率、低矫顽力和低损耗等优异的软磁性能而持续受到广泛关注。然而，目前针对非晶合金磁性的理论研究仍不完善，铁基非晶合金磁性能的结构本源尚未厘清，常难以充分解释其磁性行为。本文简要总结了近年来实验与计算研究中铁基非晶结构与软磁性能，尤其是饱和磁化强度的关联机制等的研究进展。已有的研究工作主要集中在不同元素如何影响铁基非晶合金的电子结构、磁矩、饱和磁化强度等，缺乏对局域原子结构包括短程序、中程序结构影响磁矩等磁性能的微观机理的深入探索。本文试图为进一步系统地探索铁基非晶合金软磁性能的微观机理厘清研究思路。

晶体-非晶与非晶-非晶相变行为研究进展

杨海旺，吴戈

物理学报, 2026, 75(2): 020801

DOI: 10.7498/aps.75.20251298

CSTR: 32037.14.aps.75.20251298

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摘要：非晶合金具有远超于传统金属材料的高强度、高硬度，但由于非晶合金的塑性变形高度局限于剪切带内，致使它的室温塑性变形能力极差。晶体-非晶、非晶-非晶双相结构是解决非晶合金塑性差、脆性高的有效策略之一。相变可实现从单一的晶体、非晶结构向晶体-非晶、非晶-非晶双相结构的转变，通过相变过程中的能量耗散与结构重组，实现超高强度与大的均匀塑性变形。衍生的双相合金可以继承非晶合金的独特性能，如：优异的力学性能、软硬磁性能、储氢性能及催化性能等。基于此，本文综述了晶体-非晶、非晶-非晶相变行为的研究进展，着重讨论了如何通过机械载荷、热处理等手段诱导相变的发生，同时强调了混合焓设计、元素配分对相变行为的重要影响。最后，对晶体-非晶与非晶-非晶双相材料的力学和功能特性进行了简单概述。

非晶合金在介观尺度下的结构特征：关联原子构型与宏观性能的空间非均匀性

朱凡，周炯，黄煌，温文馨，叶杰宇，严珍珍

物理学报, 2025, 74(16): 166102

DOI: 10.7498/aps.74.20250584

CSTR: 32037.14.aps.74.20250584

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摘要：非晶合金的原子排列没有长程周期性，呈现出非晶态的结构特征。其特殊的结构特征导致非晶合金的研究方法不同于传统的金属晶体材料，主要集中在两个尺度：一类在宏观尺度下通过合金设计、热力学参数等手段研究玻璃形成能力以及力学行为等; 另一类在原子尺度下通过计算模拟及衍射等手段研究非晶合金的中短程序等。两类方法的尺度相差7个以上的数量级，很难直接建立两者之间的定量关系，亟需一个可以在介观尺度下将原子构型与宏观性能关联起来的结构特征。随着非晶结构表征技术的发展，非晶合金被发现在中短程序之上还存在纳、微米级别的空间非均匀性，其尺度介于宏观尺度和原子尺度之间。本文首先阐述非晶合金的中短程序及其局限性; 然后介绍空间非均匀性的实验表征，并重点介绍电子显微表征方法以及局部原子构型，讨论其作为非晶态结构特征与β弛豫行为、力学行为、热力学稳定性以及玻璃形成能力等宏观性能的内禀关联。空间非均匀性作为非晶合金在介观尺度下的结构特征，可成为关联非晶合金的原子中短程序与宏观性能的纽带。

原子级制造赋能非晶材料趋向性能极限

罗鹏，赵睿，沈来权，孙永昊，曹乘榕，鲁振，孙保安，白海洋，汪卫华

物理学报, 2025, 74(16): 166104

DOI: 10.7498/aps.74.20250862

CSTR: 32037.14.aps.74.20250862

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摘要：非晶材料因其跨尺度结构均一性，规避了传统晶体材料晶格缺陷敏感的固有特性，在众多高技术领域具有不可替代的重要应用。然而，由于处于热力学非平衡态，非晶材料会发生趋于平衡态的结构弛豫，导致服役过程中的性能退化甚至失效。此外，非晶结构的无序性、复杂性伴随产生玻色峰与隧穿二能级系统等低能激发模式，引发材料内耗与热噪声，制约其在高端技术设备中的性能表现。因此，如何有效提升非晶材料的稳定性、抑制低能激发，成为突破其性能极限的关键所在。近年来研究发现，基于材料表面动力学特性的原子级制造，可成功制备超稳非晶材料，实现对非晶材料微观结构、稳定性及低能激发进行常规方法难以企及的有效调控。超稳非晶材料所具有的独特优势使其在引力波探测等尖端领域展现出巨大的应用潜力。本文将深入探讨非晶材料中原子级制造的机理，重点阐述超稳非晶材料相较于普通非晶材料的结构特征与性能优越性，并展望原子级制造在非晶材料和物质领域未来的研究方向与发展趋势。

序调控工程创制高频非晶基软磁材料研究进展

丁华平，刘李晨，邵里良，周靖，左定荣，柯海波，汪卫华

物理学报, 2025, 74(13): 136101

DOI: 10.7498/aps.74.20250585

CSTR: 32037.14.aps.74.20250585

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摘要：在现代电子通信、人工智能产业快速变革的浪潮中，第3代半导体的规模化应用推动着高性能高频软磁材料需求的日益增长。然而，传统软磁材料的基本性能之间存在着复杂的权衡关系，例如饱和磁化强度与矫顽力、磁导率与损耗、机械强度与矫顽力往往不能同时兼得。非晶基软磁材料以内部不同尺度序结构作为关键功能基元，催生了极其丰富的物理特性。序调控是一种通过优化序结构本征特性、序构形式来提升性能的理念，为突破软磁性能的矛盾关系开拓了新的设计维度。本文首先介绍了软磁材料的发展历程，然后阐述了序调控的科学理论基础，综述了基于序调控工程创制高性能非晶基软磁材料的最新进展，重点介绍短程序、中程序、非晶-纳米晶双相等影响宏观物性的关键序构形式对软磁性能的影响及其作用机制，最后指出了面向未来高精尖产业前沿的新一代高频软磁材料发展方向。

专题文章网站链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/topics

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