手性高熵材料中的结构缺陷如何影响电磁波吸收

随着5G和6G通信技术的发展，电磁干扰问题日益严重，亟需高性能、宽频带的电磁波吸收材料。传统碳基复合材料因结构对称性限制，难以实现高效的电磁损耗。本文提出一种新型复合材料——高熵金属氧化物/碳纳米线圈（HEMO@CNC），通过手性几何结构与高熵材料的协同作用，显著提升了微波吸收能力。

该材料的设计核心在于“几何-缺陷-自旋”三者的耦合机制。首先，碳纳米线圈（CNC）具有独特的螺旋结构，打破空间对称性，引发局部晶格畸变和应力集中，从而产生更多缺陷（如氧空位和位错）。这些缺陷成为极化中心，增强介电损耗。其次，高熵金属氧化物（HEMO）由五种金属元素（Fe、Co、Ni、Mn、Zn）组成，其多主元特性导致晶格严重扭曲和化学无序，进一步增加缺陷密度，并稳定短程磁有序结构，拓宽磁共振频率范围。

实验表明，HEMO@CNC中的手性结构不仅提高了氧空位浓度（达46.5%），还通过自旋轨道耦合（SOC）增强了电子自旋极化。XPS和ESR测试显示，手性样品中Fe²⁺比例更高，有利于电子跃迁导电；同时，2p轨道分裂能增大，说明SOC效应被显著增强。DFT计算进一步证实，HEMO@CNC在费米能级附近的自旋态密度不对称性更强，意味着更强的自旋极化和更高的电荷转移效率。

在电磁性能方面，HEMO@CNC表现出优异的阻抗匹配和宽频吸收能力。其最小反射损耗达-54.7 dB（13.5 GHz），有效吸收带宽为8.0 GHz（厚度仅3 mm），远超对比样品。有限元模拟显示，螺旋结构能将电磁场聚焦于曲率最大区域，电场和磁场强度分别增强3.6倍和2.3倍，形成“热点”，激活多重耗散机制。此外，手性结构诱导的德赖亚洛申斯基-莫里亚相互作用（DMI）稳定了奈尔型磁斯格明子，抑制磁畴壁移动，提高矫顽力，增强高频稳定性。

综合来看，HEMO@CNC的成功得益于三大协同效应：一是手性几何诱导的局部应变与缺陷工程；二是高熵体系带来的晶格畸变与多元素协同；三是自旋轨道耦合与自旋选择性输运的量子调控。这种从宏观结构到微观电子态的跨尺度协同设计，突破了传统吸收材料的性能瓶颈，为开发新一代轻质、高效、宽频电磁防护材料提供了新思路。该研究不仅在应用层面具有重要意义，也为手性自旋电子学和拓扑磁性器件的研究提供了基础理论支持。