做學(xué)問(wèn)也能精忠報(bào)國(guó)

李曼

2021年4月21日，先進(jìn)材料創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展峰會(huì)在成都成功召開(kāi)。作為磁學(xué)與磁性材料學(xué)家，中國(guó)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(huì)抽時(shí)間參與科普活動(dòng)，向社會(huì)公眾科普傳播磁學(xué)知識(shí)，為我國(guó)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(bào)國(guó)的正能量。

稀疏的花發(fā)散落在頭頂，透過(guò)厚厚的鏡片，會(huì)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(tīng)眾。他窮其一生鉆研磁學(xué)，密切關(guān)注著我國(guó)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(bào)國(guó)之志

早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《管子·地?cái)?shù)》篇里，就有記載“上有慈石者，其下有銅金”，這也是我國(guó)最早關(guān)于磁的記載。隨后，中國(guó)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(guó)四大發(fā)明之一指南針。然而，很長(zhǎng)一段歲月中我國(guó)的磁學(xué)事業(yè)并沒(méi)有實(shí)質(zhì)的進(jìn)展，世界上在磁學(xué)方面的重大研究與突破幾乎全部來(lái)自于國(guó)外。

中國(guó)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(kāi)展磁學(xué)研究的五所高校之一。此時(shí)國(guó)內(nèi)磁學(xué)領(lǐng)域的科研成果屈指可數(shù)，條件十分簡(jiǎn)陋，甚至連基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備都沒(méi)有。但是，都有為并沒(méi)有覺(jué)得做科研艱難，反而越來(lái)越享受科研事業(yè)帶給他的快樂(lè)，能有如此豁達(dá)的心態(tài)，還要來(lái)自于他少年時(shí)代的精忠報(bào)國(guó)之志。

都有為算是出身于書(shū)香門(mén)第，家中藏書(shū)眾多，也因此從小養(yǎng)成了閱讀的好習(xí)慣，在書(shū)籍的海洋中他汲取到了許多知識(shí)，更是得到了心靈的慰藉。對(duì)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(bào)國(guó)的故事更是深深烙印在年少的都有為腦海中。從那時(shí)起，他就立下志向，作為中國(guó)人，就要為中國(guó)干一番事業(yè)。

這樣的志向不僅來(lái)自于書(shū)中，也來(lái)自于家庭對(duì)他的影響，他的二哥都錦生就是他最好的榜樣。都錦生被譽(yù)為愛(ài)國(guó)民族實(shí)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(guó)深造，更是利用自己機(jī)織專業(yè)的知識(shí)，獨(dú)辟蹊徑，利用不同顏色的絲綢織成一幅風(fēng)景畫(huà)，首創(chuàng)絲織風(fēng)景，獲得了國(guó)際博覽會(huì)金獎(jiǎng)。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(shí)他也認(rèn)識(shí)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(guó)第一屆磁學(xué)專業(yè)的學(xué)生。那時(shí)的磁學(xué)專業(yè)借鑒蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)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(guó)外歸來(lái)的優(yōu)秀老師，如同海綿吸水般的不斷汲取專業(yè)知識(shí)。隨著電子技術(shù)在無(wú)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(dòng)，新技術(shù)對(duì)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(shí)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(dòng)鍛煉，吃苦不怕，真正考驗(yàn)的是他的信念。“大學(xué)畢業(yè)后，有近20余年的時(shí)間，我都沒(méi)能好好翻過(guò)一次專業(yè)書(shū)，更別提坐下來(lái)認(rèn)真開(kāi)展一項(xiàng)試驗(yàn)了。”都有為不禁感慨，1978年再次回到講臺(tái)，已經(jīng)是20年后的事情了。

磁學(xué)研究是一個(gè)需要大量開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，重返南京大學(xué)磁學(xué)組，這里卻是一窮二白，沒(méi)有設(shè)備，沒(méi)有資金，也沒(méi)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(kāi)始的，實(shí)驗(yàn)室的很多設(shè)備都是七拼八湊而來(lái)。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(cè)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(shí)驗(yàn)。如此艱苦的條件下，都有為的實(shí)驗(yàn)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(pán)、磁卡等表面，用來(lái)記錄和存儲(chǔ)信息。除此之外，他每年都會(huì)在當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)物理學(xué)界最高水平的雜志《物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表兩篇論文，為我國(guó)磁學(xué)發(fā)展積蓄力量。

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

都有為向后輩們分享他的科研心得是，作為一個(gè)科研工作者，科學(xué)本身誕生于人類對(duì)大自然的好奇心，所以整個(gè)科學(xué)的發(fā)展，最原始的推動(dòng)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(jìn)去研究。

探索成果轉(zhuǎn)化之徑

“磁學(xué)中許多基本問(wèn)題都是國(guó)外發(fā)明解決的，只有我們自己做出產(chǎn)品來(lái)，才能代表中國(guó)的工業(yè)水平、科技水平。”

自改革開(kāi)放以來(lái)，都有為就開(kāi)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(zhǎng)專程到南京來(lái)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(jìn)建議，再由企業(yè)自己的工程師帶著做。另外，都有為請(qǐng)來(lái)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(guò)一年的時(shí)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(guó)外。

后來(lái)陸續(xù)有企業(yè)來(lái)找都有為，他都會(huì)悉心幫助企業(yè)解決問(wèn)題，結(jié)合國(guó)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(jiān)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。“為企業(yè)服務(wù)，當(dāng)時(shí)是沒(méi)有任何報(bào)酬的，雖然對(duì)研究工作來(lái)講這是簡(jiǎn)單的事情，但是能夠在生產(chǎn)上應(yīng)用，我覺(jué)得很有意義。”

近幾年，中國(guó)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(lái)越多。但是，過(guò)度依賴勞動(dòng)力資源、加工工藝不穩(wěn)定、規(guī)模小等問(wèn)題依舊擺在眼前。“這跟我們整個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)有關(guān)，之前我們工業(yè)基礎(chǔ)、機(jī)械加工能力都比較弱，現(xiàn)在慢慢趕上來(lái)了，所以我相信以后在自動(dòng)化、智能化方面也會(huì)趕上來(lái)。”

在都有為看來(lái)，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(gè)應(yīng)用性極強(qiáng)的科學(xué)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室中的科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品，才能實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值，從而支撐產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。“產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的過(guò)程中，一定要注重我們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，從前我們總是要到別人的手里買技術(shù)，這點(diǎn)讓我記憶猶新。現(xiàn)在，我們?cè)趧?chuàng)新發(fā)展的過(guò)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(shí)。”

磁學(xué)發(fā)展之舵

從指南針的發(fā)明，到磁性存儲(chǔ)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(gè)社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展離不開(kāi)磁性材料。不僅如此，磁性材料的應(yīng)用面也很廣，包括未來(lái)人工智能化發(fā)展也需要磁性材料來(lái)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(wàn)億美元的巨大市場(chǎng)前景，有可能成為后摩爾時(shí)代的主流芯片。

他告訴記者，芯片原理簡(jiǎn)單，目前計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)位運(yùn)算，只要有兩個(gè)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(jìn)行運(yùn)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(gè)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(zhǎng)的導(dǎo)線，幾千萬(wàn)根甚至數(shù)億只晶體管。

實(shí)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(jī)存儲(chǔ)器（MRAM）的統(tǒng)稱，共經(jīng)歷了MRAM、STT-MRAM、MeRAM等三個(gè)發(fā)展階段。在此期間，不同的國(guó)家或者企業(yè)都在積極推動(dòng)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(guó)投入420萬(wàn)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(jī)就開(kāi)始采用自旋芯片控制系統(tǒng);2019年韓國(guó)三星宣布將進(jìn)入量產(chǎn)MARA。

從2017年開(kāi)始，中國(guó)企業(yè)也在積極布局自旋芯片，臺(tái)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(guó)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(diǎn)，是科技關(guān)鍵核心技術(shù)，可軍民兩用，具有高達(dá)上萬(wàn)億美元的巨大市場(chǎng)前景，有可能成為后摩爾時(shí)代的主流芯片。這對(duì)提升國(guó)家高科技水平和增強(qiáng)國(guó)防安全意義重大，國(guó)外不會(huì)白白讓高端科技在中國(guó)生根發(fā)芽，國(guó)家應(yīng)予以高度重視與支持，否則必將受制于國(guó)外，重走半導(dǎo)體芯片落后的覆轍。”都有為對(duì)發(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(méi)有幾個(gè)人的磁學(xué)小組到如今全國(guó)數(shù)千人從事磁學(xué)研究，從一窮二白的實(shí)驗(yàn)室到不斷更新的先進(jìn)設(shè)備，從只能引進(jìn)國(guó)外的磁性材料到如今我國(guó)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(guó)磁學(xué)研究做出了巨大貢獻(xiàn)。他陪伴中國(guó)的磁學(xué)事業(yè)走過(guò)近七十年載的光陰，與我國(guó)的磁學(xué)史共同成長(zhǎng)。一路走來(lái)，都有為踐行了自己精忠報(bào)國(guó)的志向，如今，他依舊飽含熱情行走在科研第一線。