李曼

2021年4月21日，先進材料創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展峰會在成都成功召開。作為磁學(xué)與磁性材料學(xué)家，中國科學(xué)院院士都有為受邀參加論壇并作主旨演講。繁忙的科研和教學(xué)工作之余，他每年都會抽時間參與科普活動，向社會公眾科普傳播磁學(xué)知識，為我國磁性材料領(lǐng)域深耕貢獻(xiàn)力量，傳遞科學(xué)創(chuàng)新、科研報國的正能量。

稀疏的花發(fā)散落在頭頂，透過厚厚的鏡片，會迎上他充滿睿智的眼睛，已是耄耋之年，卻依舊神采奕奕，思維敏捷。每一次的演講稿，都有為都要反復(fù)琢磨，只為講出新意，將最前沿的磁學(xué)發(fā)展方向帶給聽眾。他窮其一生鉆研磁學(xué)，密切關(guān)注著我國的磁學(xué)發(fā)展，從落后到一路趕超，少不了他奮斗的身影。

精忠報國之志

早在春秋戰(zhàn)國時期的《管子·地數(shù)》篇里，就有記載“上有慈石者，其下有銅金”，這也是我國最早關(guān)于磁的記載。隨后，中國人還發(fā)現(xiàn)了磁石吸鐵、同性相斥的特性并且制造出了我國四大發(fā)明之一指南針。然而，很長一段歲月中我國的磁學(xué)事業(yè)并沒有實質(zhì)的進展，世界上在磁學(xué)方面的重大研究與突破幾乎全部來自于國外。

中國磁學(xué)發(fā)展逐步得到重視是在20世紀(jì)50年代，南京大學(xué)是最早開展磁學(xué)研究的五所高校之一。此時國內(nèi)磁學(xué)領(lǐng)域的科研成果屈指可數(shù)，條件十分簡陋，甚至連基本的實驗設(shè)備都沒有。但是，都有為并沒有覺得做科研艱難，反而越來越享受科研事業(yè)帶給他的快樂，能有如此豁達(dá)的心態(tài)，還要來自于他少年時代的精忠報國之志。

都有為算是出身于書香門第，家中藏書眾多，也因此從小養(yǎng)成了閱讀的好習(xí)慣，在書籍的海洋中他汲取到了許多知識，更是得到了心靈的慰藉。對他影響最深的，就是《岳飛傳》。都有為生在杭州市茅家埠，距離岳飛墓只有2公里的距離，他常常到那里去游走，岳飛精忠報國的故事更是深深烙印在年少的都有為腦海中。從那時起，他就立下志向，作為中國人，就要為中國干一番事業(yè)。

這樣的志向不僅來自于書中，也來自于家庭對他的影響，他的二哥都錦生就是他最好的榜樣。都錦生被譽為愛國民族實業(yè)家，不僅在家鄉(xiāng)興辦小學(xué)，還資助貧困學(xué)子上學(xué)甚至出國深造，更是利用自己機織專業(yè)的知識，獨辟蹊徑，利用不同顏色的絲綢織成一幅風(fēng)景畫，首創(chuàng)絲織風(fēng)景，獲得了國際博覽會金獎。二哥敢于創(chuàng)造創(chuàng)新的經(jīng)歷讓都有為受益匪淺，一腔熱血亟待揮灑，同時他也認(rèn)識到要干一番事業(yè)，創(chuàng)新性尤為重要。

篳路藍(lán)縷之業(yè)

1953年，都有為考入南京大學(xué)，成為了我國第一屆磁學(xué)專業(yè)的學(xué)生。那時的磁學(xué)專業(yè)借鑒蘇聯(lián)的經(jīng)驗成立，分得很細(xì)，比如半導(dǎo)體、磁學(xué)、低溫等等，在這里他遇到了許多從國外歸來的優(yōu)秀老師，如同海綿吸水般的不斷汲取專業(yè)知識。隨著電子技術(shù)在無線電、微波、脈沖等方面的迅速發(fā)展，磁學(xué)的研究受到一定的推動，新技術(shù)對于磁性材料的要求也在不斷提高，他畢業(yè)之際被分配留在南京大學(xué)任教，也給了他施展才華的大好時光。

但令他想不到的卻是，剛畢業(yè)的都有為被下放到村子里勞動鍛煉，吃苦不怕，真正考驗的是他的信念?！按髮W(xué)畢業(yè)后，有近20余年的時間，我都沒能好好翻過一次專業(yè)書，更別提坐下來認(rèn)真開展一項試驗了?！倍加袨椴唤锌?978年再次回到講臺，已經(jīng)是20年后的事情了。

磁學(xué)研究是一個需要大量開展實驗的學(xué)科，重返南京大學(xué)磁學(xué)組，這里卻是一窮二白，沒有設(shè)備，沒有資金，也沒有人員。都有為的磁學(xué)研究是從一間30平方米的地下室開始的，實驗室的很多設(shè)備都是七拼八湊而來。他常常去化學(xué)系淘一些別人不用的天平、廢舊的瓶瓶罐罐，自己改裝一下，制作成樣品制備和測量設(shè)備，帶著基礎(chǔ)薄弱的工農(nóng)兵學(xué)員邊學(xué)習(xí)邊做實驗。如此艱苦的條件下，都有為的實驗室依舊做出了磁記錄顆粒、永磁磁粉等各種樣品，這些磁性材料可以涂敷在磁帶、磁盤、磁卡等表面，用來記錄和存儲信息。除此之外，他每年都會在當(dāng)時國內(nèi)物理學(xué)界最高水平的雜志《物理學(xué)報》上發(fā)表兩篇論文，為我國磁學(xué)發(fā)展積蓄力量。

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。他的研究成果先后獲得國家自然科學(xué)二等獎一項、江蘇省科技進步一等獎一項、省部級科技進步二等獎四項，以及2007年度的何梁何利科學(xué)技術(shù)進步獎。

都有為向后輩們分享他的科研心得是，作為一個科研工作者，科學(xué)本身誕生于人類對大自然的好奇心，所以整個科學(xué)的發(fā)展，最原始的推動力就是好奇心，最基礎(chǔ)的研究也需要好奇心。擁有好奇心，你才有興趣鉆進去研究。

探索成果轉(zhuǎn)化之徑

“磁學(xué)中許多基本問題都是國外發(fā)明解決的，只有我們自己做出產(chǎn)品來，才能代表中國的工業(yè)水平、科技水平?！?/p>

自改革開放以來，都有為就開始幫助磁性材料的生產(chǎn)企業(yè)解決技術(shù)難題、提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量。1984年左右，浙江諸暨磁性材料廠廠長專程到南京來求助都有為，他的企業(yè)生產(chǎn)了許多鍶鐵氧體永磁材料，但是性能不好，賣不出去。都有為耐心地為他講解生產(chǎn)原理，提出具體的改進建議，再由企業(yè)自己的工程師帶著做。另外，都有為請來了南京其他永磁材料廠的一些工程師，到諸暨去幫助。大概經(jīng)過一年的時間，諸暨磁性材料廠的產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)的飛躍，甚至出口國外。

后來陸續(xù)有企業(yè)來找都有為，他都會悉心幫助企業(yè)解決問題，結(jié)合國內(nèi)、外行業(yè)發(fā)展的情況為企業(yè)的發(fā)展提出建議。將科研成果轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，在這條產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的探索路上，都有為堅持了30多年，在浙江、南京、江蘇分別建立了院士工作站，全心全意幫助企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展?！盀槠髽I(yè)服務(wù)，當(dāng)時是沒有任何報酬的，雖然對研究工作來講這是簡單的事情，但是能夠在生產(chǎn)上應(yīng)用，我覺得很有意義?！?/p>

近幾年，中國磁性材料企業(yè)發(fā)展很快，專業(yè)從事磁性材料生產(chǎn)的企業(yè)也越來越多。但是，過度依賴勞動力資源、加工工藝不穩(wěn)定、規(guī)模小等問題依舊擺在眼前?！斑@跟我們整個工業(yè)基礎(chǔ)有關(guān)，之前我們工業(yè)基礎(chǔ)、機械加工能力都比較弱，現(xiàn)在慢慢趕上來了，所以我相信以后在自動化、智能化方面也會趕上來。”

在都有為看來，企業(yè)要跟科研高校、院所聯(lián)合在一起，磁學(xué)研究是一個應(yīng)用性極強的科學(xué)領(lǐng)域，實驗室中的科研成果轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，才能實現(xiàn)社會價值，從而支撐產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展?！爱a(chǎn)學(xué)研結(jié)合的過程中，一定要注重我們的知識產(chǎn)權(quán)保護，從前我們總是要到別人的手里買技術(shù)，這點讓我記憶猶新?，F(xiàn)在，我們在創(chuàng)新發(fā)展的過程中也要牢牢握住自己的專利，不能讓別人竊取我們的果實。”

磁學(xué)發(fā)展之舵

從指南針的發(fā)明，到磁性存儲設(shè)備的應(yīng)用，再到核磁共振等醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)，磁學(xué)應(yīng)用在一定程度上改變了人們的生產(chǎn)生活。都有為告訴記者，磁性材料屬于基礎(chǔ)性的功能材料，凡是有電的地方都要用到磁，因此整個社會現(xiàn)代化發(fā)展離不開磁性材料。不僅如此，磁性材料的應(yīng)用面也很廣，包括未來人工智能化發(fā)展也需要磁性材料來發(fā)揮作用。

都有為認(rèn)為，自旋芯片屬于核心高端芯片，是科技關(guān)鍵核心技術(shù)，具有高達(dá)上萬億美元的巨大市場前景，有可能成為后摩爾時代的主流芯片。

他告訴記者，芯片原理簡單，目前計算機采用二進位運算，只要有兩個穩(wěn)定的、能快速轉(zhuǎn)化的物理狀態(tài)，就可以用0和1代表進行運算。比如半導(dǎo)體芯片利用晶體管的通與斷，即電荷存在與否代表0和1;自旋芯片利用自旋朝上與朝下兩個狀態(tài)代表0和1。但是，芯片制備卻非常麻煩，需要5000道工序。一顆芯片只有指甲蓋大小，其中卻有數(shù)公里長的導(dǎo)線，幾千萬根甚至數(shù)億只晶體管。

實際上，與電荷一樣，自旋也是電子的本征特性，隨著自旋電子學(xué)這一學(xué)科的發(fā)展，其在很多領(lǐng)域中嶄露頭角。據(jù)了解，自旋芯片是各類磁隨機存儲器（MRAM）的統(tǒng)稱，共經(jīng)歷了MRAM、STT-MRAM、MeRAM等三個發(fā)展階段。在此期間，不同的國家或者企業(yè)都在積極推動自旋芯片的發(fā)展。在2008年日本衛(wèi)星上就用自旋芯片全面替代半導(dǎo)體芯片;2009年，法國投入420萬歐元資助研制自旋電子可編程邏輯器件;2013年歐洲空客A350飛機就開始采用自旋芯片控制系統(tǒng);2019年韓國三星宣布將進入量產(chǎn)MARA。

從2017年開始，中國企業(yè)也在積極布局自旋芯片，臺灣積體電路制造股份有限公司在南京建廠擬生產(chǎn)自旋芯片;2018年，杭州馳拓、上海磁宇、中芯國際、華為等籌建自旋芯片的研發(fā)、生產(chǎn)線。

“自旋芯片兼具SRAM的高速度、DRAM的高密度和Flash的非易失性等優(yōu)點，是科技關(guān)鍵核心技術(shù)，可軍民兩用，具有高達(dá)上萬億美元的巨大市場前景，有可能成為后摩爾時代的主流芯片。這對提升國家高科技水平和增強國防安全意義重大，國外不會白白讓高端科技在中國生根發(fā)芽，國家應(yīng)予以高度重視與支持，否則必將受制于國外，重走半導(dǎo)體芯片落后的覆轍?！倍加袨閷Πl(fā)展自旋芯片信心十足，為磁學(xué)的下一步發(fā)展舵定方向。

從青蔥少年到白發(fā)蒼蒼，從沒有幾個人的磁學(xué)小組到如今全國數(shù)千人從事磁學(xué)研究，從一窮二白的實驗室到不斷更新的先進設(shè)備，從只能引進國外的磁性材料到如今我國磁性材料產(chǎn)能居世界首位，都有為作為學(xué)科的領(lǐng)路人，為我國磁學(xué)研究做出了巨大貢獻(xiàn)。他陪伴中國的磁學(xué)事業(yè)走過近七十年載的光陰，與我國的磁學(xué)史共同成長。一路走來，都有為踐行了自己精忠報國的志向，如今，他依舊飽含熱情行走在科研第一線。