零热膨胀材料作为现代高精度技术中广泛应用的尺寸稳定元件，其迫切需要设计。局部化学有序在先进无机材料工程中一直具有重要意义，但其在优化零热膨胀中的作用却往往被忽视。近期，北京科技大学固体化学研究所、北京市高精尖材料基因工程中心邢献然教授团队提出利用非化学计量比的策略，开发出一种新型焦绿石磁体，从原子级分辨材料的局部化学异质性。

图 1 原文和摘要

这一材料Zr-Nb-Fe-Co焦绿石磁体实现了从3 K至440 K超宽温区的各向同性零热膨胀（ZTE），是已知立方相零热膨胀金属中温区最宽的，并且在强酸、强碱和模拟海水的条件下具备优异的耐腐蚀性能，有望应用于现代高精度技术领域。研究表明，综合原子级分辨的晶体结构显示出Co原子优先占据焦绿石晶格中16d位点的Fe原子，而反位占据的Fe原子进入Zr/Nb（8a）亚晶格位点。原位中子粉末衍射等证据表明，焦绿石晶格中Co原子的交换作用弱于Fe原子，而反位占据的Fe原子在8a和16d位点之间产生了额外的正交换作用，从而增强了焦绿石晶格中的面间铁磁有序，并在加热过程中先后平衡了正常声子效应。

图2（a）四个等效kagome面组成的(Zr,Nb)Fe2Coy结构；（b）(Zr,Nb)Fe2Coy烧绿石晶格的另一种视图；（c）(Zr,Nb)Fe2Coy（y = 0.1）的原子级分辨率能量色散X射线成像和强度分布图；（d）沿[110]方向y = 0.1的十原子环中间的铁原子柱综合强度分布图。

图3（a）Zr0.75Nb0.25Fe2Coy（y = 0、0.1、0.2、0.3）的热膨胀；（b）y = 0.1时SXRD与NPD测量晶格参数随温度变化；（c）y = 0.1沿三个方向的热膨胀；（d）y = 0.1循环不同次数的热膨胀；（e）y = 0.1在强酸、强碱和模拟海水溶液中浸泡不同天数；（f）多种典型立方零热膨胀金属对比。

该成果以“Local chemical heterogeneity enabled superior zero thermal expansion in nonstoichiometric pyrochlore magnets”为题，近期发表在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）。该工作与国内外相关单位合作完成，得到国家自然科学基金委、北京市高精尖材料基因工程中心、科技部国家重点研发计划等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae462