都有為：專注磁學(xué)，成就有為人生

都有為（1936— ）

磁學(xué)與磁性材料專家，南京大學(xué)物理系教授，中國科學(xué)院院士。1936年10月出生于浙江省杭州市，1957年于南京大學(xué)物理系畢業(yè)后留校任教。長期從事磁學(xué)和磁性材料的教學(xué)和研究工作，在錳鈣鈦礦化合物的大磁熵變效應(yīng)、錳鈣鈦礦化合物小顆粒體系中的隧道型磁電阻效應(yīng)和磁性納米微粒的小尺寸效應(yīng)與表面效應(yīng)，以及顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)、磁光效應(yīng)、反常霍爾效應(yīng)與微結(jié)構(gòu)的依賴性等方面取得重要成果。2005年當(dāng)選中國科學(xué)院院士。2007年獲何梁何利科學(xué)與技術(shù)進步獎。

1963年4月，第一屆全國磁學(xué)及磁性材料會議召開，國內(nèi)最早成立磁學(xué)專業(yè)的五所高校的教師在無錫太湖之濱合影（前排左起：山東大學(xué)郭貽誠、北京大學(xué)葉企孫、南京大學(xué)都有為、吉林大學(xué)張裕普）。

1987年夏，都有為（中）與研究合作者邱子強（左一）、唐煥在美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)校園內(nèi)合影。

上世紀(jì)90年代初，都有為在做實驗。

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■楊堅

在杭州西湖邊的茅家埠，一座古色古香、黑瓦白墻的宅院頗為引人注目，這就是向公眾開放的都錦生故居。愛國實業(yè)家都錦生當(dāng)年曾織出我國第一幅絲織風(fēng)景畫“九溪十八澗”，并創(chuàng)下杭州絲綢業(yè)的輝煌。

鮮為人知的是，從這座古老宅院里還走出了一位杰出的科學(xué)家，他為中國的磁學(xué)與磁性材料帶來一系列具有開創(chuàng)意義的研究成果，在鐵氧體、錳鈣鈦礦化合物的大磁熵變效應(yīng)、顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)等研究中發(fā)揮了重要作用。他就是南京大學(xué)物理系教授、中國科學(xué)院院士都有為。

都有為1936年10月出生于浙江省杭州市，出生后不久因日軍侵略而家道中落。在艱苦環(huán)境下他自強不息，克服重重困難，利用一切機會勤奮學(xué)習(xí)，相繼完成小學(xué)、中學(xué)的學(xué)業(yè)，并考取南京大學(xué)物理系，從此走上了與磁學(xué)結(jié)伴的人生之路。

家風(fēng)熏陶，從小愛讀書

都有為出生時家境尚為殷實。二哥都錦生在茅家埠的家中開辦一定規(guī)模的絲織廠，建有兩幢二層小樓，有一個大宅院，那時的都家被當(dāng)?shù)厝朔Q為“墻門里面的”（其居現(xiàn)被改建為“都錦生故居”，愛國主義教育基地）。都錦生還出資興辦茅家埠小學(xué)，讓周鄰的孩子來免費讀書。1937年12月，日本侵略軍攻陷杭州，都家遭到日軍洗劫，一家人到處躲避。局勢安穩(wěn)后，都錦生出于民族氣節(jié)，不愿出任杭州日偽政府的商會會長，生意興旺的絲織廠倒閉，從此家道中落，都錦生也因奔波操勞而英年早逝。

家庭發(fā)生變故后，成年子女外出尋求發(fā)展，都有為和父母及其他年幼的兄弟姐妹則留在茅家埠老宅生活。父親年老且有病在身，兄弟姐妹又多，全靠母親一人忙里忙外。家里的四畝茶園收回后，母親帶著家人采茶、炒茶、賣茶，以貼補家用；另有十余畝地雇人耕種，解決了全家的溫飽。

雖然局勢不好，到了該讀書的年齡，都家還是盡可能讓孩子們?nèi)W(xué)校讀書，恰如家中正屋里的對聯(lián)所寫，“子孫才，族將大”。

都家有個書房，藏書豐富，有古今中外的小說，也有其他各種各樣的新奇書籍。因為父親愛看書，家中也形成一種風(fēng)氣——沒事的時候大家就去書房里看書。都有為還沒上學(xué)、識字時，就愛與姐姐一起到書房。他有時候淘氣，把書房里的化學(xué)試劑拿出來，倒過來倒過去玩，還把水銀涂在一只銅球表面，拿到陽光下看那閃閃的銀光而感到樂趣無窮。后來上了學(xué)，他漸漸地也跟哥哥姐姐一樣，喜歡到書房里看書。都家的孩子因為讀書多，在鄰居的眼里，他們更孝順、懂事、有禮貌。

不言放棄，結(jié)緣磁學(xué)

1947年，都有為進入杭州市立中學(xué)初中部學(xué)習(xí)。當(dāng)時的杭州市立中學(xué)位于金沙港（現(xiàn)杭州西湖曲苑風(fēng)荷景區(qū)），靠近岳墳，離家較遠。因家里經(jīng)濟狀況差，沒有條件住校，都有為只能走讀，每天步行一個多小時。

在學(xué)校，都有為接觸到了更多的進步書籍、報刊，在語文老師袁卓爾的影響下，其思想認(rèn)識也有了很大提升，對于國家、民族的情感更加深切。

1950年7月初中畢業(yè)后，都有為沒能順利升入杭州市高級中學(xué)。但他沒有放棄，在家中邊勞動邊自學(xué)，于次年2月通過考試，進入該校讀書。誰知剛上了一年，又因家庭變故而休學(xué)。在家參加勞動期間，都有為沒有丟下書本，心里一直想著重返課堂。半年后投考杭州私立宗文中學(xué)，直接讀高三，完成高中學(xué)業(yè)后參加高考，在物理老師的建議下報考南京大學(xué)物理系。

如愿考取南京大學(xué)后，都有為絲毫沒有放松課程的學(xué)習(xí)，而是更加勤奮努力，在施士元、魏榮爵、程開甲、鮑家善、徐躬耦、程濬、周衍柏等學(xué)術(shù)大師的熏陶下，他逐漸展露出自己對于物理現(xiàn)象和規(guī)律理解上的優(yōu)勢。

當(dāng)時很多課程沒有教材，有的教師自己編講義，也沒有多余的紙印好發(fā)給學(xué)生，因此，上課的時候大家都要拼命記筆記。當(dāng)時都有為主要靠助學(xué)金生活，有時放假同學(xué)們回家，他就留在學(xué)校里看書。

除了學(xué)習(xí)專業(yè)課程，他在緊張的學(xué)習(xí)之余還閱讀了《鋼鐵是怎樣煉成的》《戰(zhàn)爭與和平》等文學(xué)作品，看得如癡如醉。

1956年，南京大學(xué)物理系建立磁學(xué)專業(yè)，學(xué)習(xí)蘇聯(lián)模式成立教研室，微波物理學(xué)家鮑家善任磁學(xué)教研室第一屆主任，當(dāng)時參加籌建的還有翟宏如、蔡魯戈、胡洪銓等人。都有為成為磁學(xué)專業(yè)第一屆學(xué)生，畢業(yè)論文由鮑家善指導(dǎo)，從此與磁學(xué)結(jié)緣。

1957年，都有為大學(xué)畢業(yè)后留校，在物理系磁學(xué)組任助教。從那時起，雖因時代跌宕歷經(jīng)坎坷，但他始終沒有離開過磁學(xué)，最終組建了自己的磁學(xué)科研組，為我國的磁學(xué)和磁性材料研究上下求索，作出了突出貢獻。

白手起家，當(dāng)起“破爛王”

留校工作后不久，和那個年代所有的知識分子一樣，都有為中斷了教學(xué)、科研，到基層參加勞動鍛煉等。

那個時期科學(xué)研究與學(xué)術(shù)活動還在斷斷續(xù)續(xù)進行。1963年4月，由中國電子學(xué)會、中國物理學(xué)會合辦的第一屆全國磁學(xué)及磁性材料會議在江蘇省無錫市召開，來自全國各地高校、研究所、企業(yè)等65家單位的114位代表參加了這次會議，提交論文85篇。會后，國內(nèi)最早成立磁學(xué)專業(yè)的五所高校的教師在太湖之濱的蠡園相聚并合影留念，其中有中國磁學(xué)創(chuàng)始人、北京大學(xué)的葉企孫和山東大學(xué)的郭貽誠等人，都有為也參加了此次會議。

都有為的磁學(xué)研究是從一間地下室開始的。自1972年工農(nóng)兵學(xué)員進校后，南京大學(xué)逐步恢復(fù)教學(xué)秩序。當(dāng)時物理系在北大樓的地下室有一間磁學(xué)教研室公用的實驗室，約30平米，但里面除了幾臺簡易高溫爐外空無一物，根本沒有經(jīng)費買設(shè)備。都有為和同事陸懷先便當(dāng)起了“破爛王”，專門到化學(xué)系的走廊撿拾丟棄的瓶瓶罐罐，拿回實驗室，用化學(xué)方法制備磁性顆粒樣品。他們還自己制備、動手做測量儀器。實驗室冬冷夏熱，黃梅天里甚至要穿雨靴進實驗室工作……

就是在這艱苦條件下，他們白手起家——磁記錄顆粒、永磁磁粉等各種樣品陸續(xù)從“土”設(shè)備中出爐，每年都有兩篇論文在當(dāng)時國內(nèi)物理界最高水平的學(xué)術(shù)刊物《物理學(xué)報》上發(fā)表。

服務(wù)基層，解企業(yè)燃眉之急

“文革”結(jié)束后，都有為更是分秒必爭。科研之外，他還積極參與江蘇省磁性材料的生產(chǎn)，為企業(yè)無償服務(wù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，解決永磁鐵氧體干壓取向成型中提高磁粉在磁場中的取向度的難題等。

1982年，生產(chǎn)揚聲器和微電機使用的永磁鐵氧體產(chǎn)品的浙江諸暨磁性材料廠（以下簡稱諸暨廠），因為技術(shù)力量薄弱，質(zhì)量上不去，產(chǎn)品大量積壓、報廢，企業(yè)瀕臨倒閉。一次，廠方偶然看到都有為撰寫的《永磁鐵氧體工藝進展》《永磁鐵氧體的基礎(chǔ)研究》兩篇文章，受到啟發(fā)。于是，廠長沈乃玄專程趕往南京大學(xué)懇請都有為擔(dān)任該廠的技術(shù)顧問。

都有為從當(dāng)年9月首次來到諸暨廠以后，在不影響校內(nèi)教學(xué)、科研任務(wù)的前提下，先后7次前往該廠講學(xué)，課后輔導(dǎo)技術(shù)骨干，回答職工提出的問題。除講課外，他還多次給諸暨廠寄講義、資料，并在一年多時間里陸續(xù)給工廠寫了數(shù)十封信，不厭其煩地回答各種技術(shù)難題，提出注意事項。在普遍提高職工技術(shù)素質(zhì)的基礎(chǔ)上，他還幫助廠方建立了攻關(guān)小組，后來又推薦南京盛振翔工程師參與技術(shù)工作，把“提高鋇鐵氧體磁能積研究”作為突破口，把改造陳舊設(shè)備作為提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

經(jīng)過一年多時間的努力，1983年12月，諸暨廠通過了磁能積研究課題的技術(shù)鑒定。自此，該廠因為產(chǎn)品質(zhì)量的提高而重新打開銷路，半年盈利27萬元，并有7種產(chǎn)品出口。1984年，《光明日報》《浙江日報》《新華日報》等媒體紛紛對此進行報道。

2021年4月7日，都有為重訪諸暨廠（現(xiàn)為諸暨安特磁性材料公司）。當(dāng)年差點倒閉的工廠而今早已做強做大，永磁鐵氧體粉體生產(chǎn)量居國內(nèi)首位，年產(chǎn)值逾5億元。

立足前沿，開展高溫超導(dǎo)氧化物研究

1985年年底，都有為參加了“中美凝聚態(tài)物理合作計劃”，赴美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)任訪問學(xué)者。

1986年初，適逢高溫超導(dǎo)氧化物材料研究的興起，都有為和南大校友、約翰斯·霍普金斯大學(xué)CUSPEA留學(xué)生肖鋼（現(xiàn)為美國布朗大學(xué)教授、物理系主任），對如何制備高溫超導(dǎo)氧化物的樣品進行探討，并一起制備樣品。當(dāng)時，都有為提出了對高溫超導(dǎo)化合物釔鋇銅氧化物（YBa2Cu3O6+y）進行3d過渡族元素代換銅（Cu）的研究方向；與肖鋼合作完成的論文發(fā)表在美國《物理評論 B》（1987），對理解高溫超導(dǎo)的機理以及進一步開展高溫超導(dǎo)體材料實驗提供了啟示，至今已被414篇SCI論文引用。

當(dāng)時，都有為敏銳意識到這是非常重要的研究方向，于是便向其合作導(dǎo)師、從事穆斯堡爾效應(yīng)的專家沃克（Walker J. C.）教授提出開展高溫超導(dǎo)材料研究的建議。沃克教授對此欣然采納，并讓邱子強和唐煥二位博士生與都有為一起開展相關(guān)研究。都有為和他們用磁性稀土離子釓（Gd）取代Y離子，并采用微量的鐵的同位素57Fe置換銅（Cu）作為探針元素，用穆斯堡爾譜學(xué)的方法研究高溫超導(dǎo)體中的磁有序問題，這是一個新的研究方向。實驗結(jié)果表明反鐵磁有序與超導(dǎo)性共存的現(xiàn)象，這與本世紀(jì)初提出的相分離機制相一致，為了解高溫超導(dǎo)氧化物的超導(dǎo)機制提供了實驗的啟示。

在美國三年，都有為與其他科研人員合作，共發(fā)表論文20余篇，被SCI刊物引用830余次。

一路攀登，摘累累碩果

1988年底回國后，都有為放棄了在國外的高溫超導(dǎo)材料研究，重返磁學(xué)與磁性材料領(lǐng)域，開展磁性超細微粒材料的研究。

回到南京大學(xué)的實驗室，依舊是一窮二白的老樣子。但就在這樣的條件下，都有為帶領(lǐng)團隊先后進行了磁性液體的研制與應(yīng)用開發(fā)，高密度磁記錄材料、金屬（合金）、氧化物超細微粒的研制與性能研究等，為后續(xù)深入進行的納米材料研究奠定了基礎(chǔ)，積累了豐富經(jīng)驗。

1992年，憑借對磁性納米材料的研究經(jīng)驗和成果的積累，都有為科研組成功爭取到國家“八五”攀登計劃中的“納米材料科學(xué)”項目，由中科院上海硅酸鹽研究所嚴(yán)東生院士和南京大學(xué)馮端院士任該項目首席科學(xué)家。以此為契機，都有為帶領(lǐng)磁學(xué)科研組在國際上較早地開始了納米材料磁性的研究，先后承擔(dān)多項國家、省部級科研項目，購置了多種納米材料的合成、性能檢測設(shè)備，使科研組的科研工作條件有了質(zhì)的飛躍，取得了一系列創(chuàng)新性的研究成果。

1995年，中科院固體物理研究所的張立德研究員與都有為共同出任“九五”攀登預(yù)選計劃“納米材料科學(xué)”首席科學(xué)家；1999年，都有為又爭取到了“973”項目“納米材料和納米結(jié)構(gòu)”的“08子課題”。

隨著科研條件逐步改善，都有為團隊的研究也在不斷地發(fā)展和深入，研究方向延伸到納米磁學(xué)的各個領(lǐng)域，先后開展了C60、納米螺旋碳管、石墨烯、納米顆粒、納米線、顆粒膜、納米微晶等納米材料磁性的研究，開展了類鈣鈦礦氧化物、納米結(jié)構(gòu)材料，以及合金材料的巨磁電阻效應(yīng)、磁熱效應(yīng)、磁彈效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)等研究工作，在國內(nèi)較早開展顆粒膜的磁光效應(yīng)與磁電阻效應(yīng)、反?；魻栃?yīng)的研究，進而又進入到自旋電子學(xué)的領(lǐng)域，開拓了半金屬與稀磁半導(dǎo)體材料的研究，并取得了一系列創(chuàng)新性成果。

開拓求新，突破鈣鈦礦化合物研究

開拓新的研究方向與領(lǐng)域一直是科學(xué)工作者追求的目標(biāo)。

上世紀(jì)90年代，鈣鈦礦化合物龐磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)外掀起了繼高溫超導(dǎo)氧化物后的新一輪研究熱潮。

此前，都有為即已安排學(xué)生做過鐵氧體磁熵變的研究，在調(diào)控居里溫度與磁熵變方面存在一些矛盾，此時也注意到鈣鈦礦化合物的居里溫度可以通過離子代換很方便地進行調(diào)控，于是都有為便安排學(xué)生郭載兵的博士論文的研究工作由永磁鐵氧體轉(zhuǎn)向“鈣鈦礦化合物的磁熵變”。幸運的是，第一次試驗就發(fā)現(xiàn)與金屬釓相當(dāng)?shù)母叽澎刈冃?yīng)，從而為鈣鈦礦化合物的研究開拓了新的研究方向。研究成果很快發(fā)表在國際著名的《物理評論快報》（1997），引起國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，至今已被631篇SCI論文所引用。

磁學(xué)界權(quán)威性系列叢書《磁性材料手冊》第12卷第四章《在相變點附近的磁卡效應(yīng)》一文中，將都有為科研組的論文作為鈣鈦礦化合物磁制冷工質(zhì)的代表性工作加以介紹，肯定了他們開拓此領(lǐng)域所作的貢獻，并將鈣鈦礦氧化物列為新型高溫磁制冷工質(zhì)。著名磁學(xué)家Coey在《物理學(xué)進展》（1999）發(fā)文時引用該文并指出：“室溫附近，中等磁場下，錳鈣鈦礦的磁熵變可與釓（Gd）相當(dāng)，其居里溫度通過組成可調(diào)，化學(xué)穩(wěn)定性佳、價廉，使混合價錳鈣鈦礦氧化物成為寬溫區(qū)十分感興趣的磁制冷工質(zhì)?！?/p>

磁熵變效應(yīng)是磁制冷材料的最重要特性，是新型高溫磁制冷機實用化的關(guān)鍵之一，高溫磁制冷機一旦得到廣泛應(yīng)用研究，將引發(fā)一場工業(yè)革命。這就是都有為這些基礎(chǔ)研究工作者的研究動力。

除了組織科研組系統(tǒng)開展鈣鈦礦化合物的磁熵變研究外，都有為又將研究領(lǐng)域擴展到金屬、合金以及半金屬材料領(lǐng)域，希望通過不懈的努力，爭取高溫磁制冷機最終走向?qū)嵱没?/p>

在進行鈣鈦礦龐磁電阻效應(yīng)研究時，當(dāng)時研究的溫度范圍均處于居里溫度附近、金屬/絕緣體相變點，所研究的樣品大多為大晶粒的多晶體，磁電阻效應(yīng)只在居里溫度附近出現(xiàn)峰值。都有為指導(dǎo)博士生張寧重點研究了當(dāng)晶粒尺寸減少到納米尺度時對鈣鈦礦龐磁電阻效應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)除居里溫度附近的本征龐磁電阻效應(yīng)外，在低溫會呈現(xiàn)由于晶粒間隧道效應(yīng)產(chǎn)生的隧道磁電阻。這一創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《物理評論B》（1997），至今已被322篇SCI論文所引用，被大多數(shù)論文引為小顆粒體系的典型實驗結(jié)果，晶界隧穿模型被列為兩個具有代表性的理論之一。

在多晶鋅鐵氧體磁電阻效應(yīng)研究中，都有為的博士生陳鵬意外發(fā)現(xiàn)室溫巨磁電阻效應(yīng)。都有為提出可采用存在反鐵磁耦合層的隧穿物理模型來解釋，后來他采用高分辨電子顯微鏡的觀測與交換偏置場的測量，證實該機制的正確性。這個成果發(fā)表在《物理評論快報》，迄今已被85篇SCI論文引用，該工作被推薦為2002年國際磁學(xué)會議邀請報告。

2004年，都有為科研組的研究成果《新型的氧化物磁制冷工質(zhì)與隧道型磁電阻材料》獲國家自然科學(xué)獎二等獎。

老驥伏櫪，關(guān)注自旋電子學(xué)

這些年來，都有為一直關(guān)注著一門學(xué)科——自旋電子學(xué)，它是研究納米結(jié)構(gòu)的材料中出現(xiàn)的一門全新學(xué)科。電子學(xué)研究以前只考慮電荷，不考慮自旋，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，電子自旋特性同樣可以用到信息存儲上來。因此，在納米結(jié)構(gòu)材料的電子輸運過程中，不僅僅要考慮電荷，同時還要考慮自旋，從而發(fā)展出自旋電子學(xué)的新交叉學(xué)科。

都有為早在上大學(xué)的時候，正好趕上南京大學(xué)計算機教研組的人做計算機，需要存儲器件，當(dāng)時磁學(xué)組安排了幾個學(xué)生做存儲器用的磁性材料，其中就有都有為。通過這些年的觀察和分析，都有為認(rèn)為，中國要在芯片上實現(xiàn)“自由”，甚至趕超世界先進水平，除了在半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)上加大投入外，自旋芯片也是一條新路。因此，都有為十分重視自旋芯片的研究和應(yīng)用。

2009年，他通過中科院院部呈送報告給國家相關(guān)部門，希望自旋芯片的研究和產(chǎn)業(yè)開發(fā)能受到重視；2013年年底，他又通過院士建言的方式再次呈交報告，希望國家層面重視自旋芯片，以實現(xiàn)對半導(dǎo)體芯片的彎道超車，徹底解決“卡脖子”問題；同時，他還自愿充當(dāng)“黏合劑”，通過自身的影響和努力，促進國內(nèi)相關(guān)的企業(yè)之間、企業(yè)跟高校之間聯(lián)合起來，加強自旋芯片的研發(fā)和應(yīng)用。

雖已進入耄耋之年，都有為依然活躍在磁學(xué)和磁性材料科研領(lǐng)域第一線，為中國磁學(xué)事業(yè)的發(fā)展殫精竭慮。從1957年大學(xué)畢業(yè)留校至今，在60多年的磁學(xué)生涯中，都有為始終與國家科技事業(yè)的發(fā)展同頻共振，而自強不息、自主創(chuàng)新的精神也一直貫穿于他的奮斗歷程……

（作者單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)人文學(xué)院）

自旋：未來的科技明星

■都有為

磁與電宛如一對孿生兄弟，難以分離。原子是物質(zhì)的基本單元，原子核以及組成原子核的基本粒子都具有磁矩，但其中中子、微中子等具有磁矩卻沒有電荷。從此角度考慮，磁比電更具有普適性。

然而，人們對于電的了解更勝于磁。追其原因，人們的日常生活離不開電，但人們沒有進一步思考電流是如何產(chǎn)生的。最基本的原理是磁通量的變化產(chǎn)生電流，反之，電流產(chǎn)生磁場，因此，通常磁與電是相互關(guān)聯(lián)的。

磁的基本單元是自旋磁矩，電荷與自旋都是電子的本征特性。以往人類社會的發(fā)展，從物理的觀點看來主要利用電子具有電荷的特性，如電工學(xué)奠定了第二次產(chǎn)業(yè)革命（電氣化）的基礎(chǔ)；電子學(xué)與微電子學(xué)奠定了第三次產(chǎn)業(yè)革命（信息化）的基礎(chǔ)，而自旋的作用僅體現(xiàn)在磁性材料及其器件中，例如電氣化中的發(fā)電機、電動機、變壓器等離不開磁性材料。同樣，信息化中儲存信息離不開磁盤、磁帶等。

20世紀(jì)80年代在（Fe/Cr/Fe）n納米多層膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)開拓了在電子輸運過程中通過調(diào)控自旋，顯示與利用自旋特性的新領(lǐng)域，從而產(chǎn)生重要的自旋電子學(xué)學(xué)科。奠基于磁場調(diào)控自旋的特性，利用巨磁電阻效應(yīng)—GMR與隧道磁電阻效應(yīng)—TMR，首先制備成高靈敏度的磁盤讀出磁頭，使磁盤的記錄密度提高千倍，至今保持著信息存儲的主流地位，其產(chǎn)值超過300億美元。此外，各種利用磁電阻效應(yīng)的新穎傳感器脫穎而出，自旋傳感芯片產(chǎn)值70億美元，自旋磁電信號耦合芯片產(chǎn)值50億美元，其應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣。

鑒于其基礎(chǔ)研究的意義與寬廣的應(yīng)用前景，發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)的法國科學(xué)家Albert Fert與德國科學(xué)家Peter Grünberg獲得了2007年度的諾貝爾物理學(xué)獎。

繼傳感器實用化后，與微電子技術(shù)相結(jié)合，采用電流重合法調(diào)控自旋，研發(fā)成磁隨機儲存器（MRAM），為了降低調(diào)控自旋的磁場電流，利用自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)，采用自旋極化電流直接調(diào)控自旋的磁隨機儲存器（STT- MRAM）進一步降低功耗，使MRAM進入到重要的發(fā)展階段。2006年后已步入實用化，歐洲空客350就采用了MRAM；2012年提出同時利用電場調(diào)控自旋的低功耗的磁隨機儲存器（MeRAM）現(xiàn)正處在研發(fā)轉(zhuǎn)向應(yīng)用的階段，上述不同類型的磁隨機儲存器可統(tǒng)稱為信息存儲與處理用的自旋芯片，可望自旋芯片成為后摩爾定律時代強有力的競爭對手。

自旋芯片優(yōu)點如下：非易失性、抗輻射性、高集成度、高運算速度、低功耗、長壽命。自旋芯片屬于核心高端芯片，是科技關(guān)鍵核心技術(shù)，可軍民兩用，具有高達上千億美元的巨大市場前景，有可能成為后摩爾時代的主流芯片，是高科技的重要戰(zhàn)略領(lǐng)域，當(dāng)引起我國高度重視，急起直追。

20世紀(jì)也許可稱為“電荷”的世紀(jì)，人們充分地調(diào)控電子具有電荷這一自由度，從而實現(xiàn)了人類社會電氣化、信息化，創(chuàng)造出從二極管直到超大規(guī)模的集成電路、半導(dǎo)體芯片，奠定了信息社會的基礎(chǔ)。21世紀(jì)，也許是屬于“自旋”的新世紀(jì)，人們正在充分地利用、調(diào)控電子的另一個本征的自由度“自旋”，推動著社會邁向新的階段。

本版組稿負(fù)責(zé)人：張佳靜

《中國科學(xué)報》 (2021-07-01 第8版 印刻)

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