首頁(yè) > 服務(wù)專區(qū) > 公共服務(wù) > 高端論壇
地球有個(gè)大磁場(chǎng)，它是地球的保護(hù)層。假如沒(méi)有這個(gè)磁場(chǎng)，宇宙的高能量磁就會(huì)不斷干擾地球，使得地球的生物圈都不能存在。
首先講磁性材料的基本概念。磁性材料是基礎(chǔ)性功能材料。從人類歷史的產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，第一次產(chǎn)業(yè)革命靠蒸汽機(jī)；第二次產(chǎn)業(yè)革命靠電氣化，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)主要是通過(guò)改變磁場(chǎng)產(chǎn)生動(dòng)力，因此第二次產(chǎn)業(yè)革命與磁電緊密相關(guān)。第三次產(chǎn)業(yè)革命以計(jì)算機(jī)、原子能為主，表明看與磁無(wú)關(guān)，但是信息的存儲(chǔ)靠磁盤，工業(yè)領(lǐng)域要用到多種軟磁材料、永磁材料。第四次產(chǎn)業(yè)革命以納米科技為主導(dǎo)，其中包括納米磁性材料。
我們?yōu)槭裁匆匾暜a(chǎn)業(yè)革命？因?yàn)椴畈欢嗝扛?00年的產(chǎn)業(yè)革命是重新洗牌的機(jī)會(huì)，抓住產(chǎn)業(yè)革命的機(jī)遇，則可能從落后國(guó)家變成先進(jìn)國(guó)家。20世紀(jì)70年代重視微電子技術(shù)的國(guó)家，如今都已成為發(fā)達(dá)國(guó)家?，F(xiàn)在重視納米科技的國(guó)家，很可能成為下一世紀(jì)的先進(jìn)國(guó)家。習(xí)近平主席在兩次院士報(bào)告會(huì)上都提到創(chuàng)新問(wèn)題，提出科技是國(guó)家創(chuàng)新之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂。科技是國(guó)之利器，國(guó)家賴之以強(qiáng)，企業(yè)賴之以贏，人民生活賴之以好。
我們抓住產(chǎn)業(yè)革命，依靠創(chuàng)新跳出危機(jī)就是贏家。中國(guó)制造2025，甚至制造2050規(guī)劃都出來(lái)了，這些都與磁有關(guān)。互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算首先要把數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，數(shù)據(jù)靠什么存？現(xiàn)在靠磁盤，但磁盤也快要淘汰了。后摩爾時(shí)代芯片是什么，很可能就是磁性材料。
磁性大體上分為三大類，第一類是永磁材料，第二類是軟磁材料，第三類是硬磁材料。原來(lái)的磁盤以后要被淘汰，變成固態(tài)儲(chǔ)存系統(tǒng)，現(xiàn)在用在磁盤上的永磁產(chǎn)量馬上就減少。我們要抓住這個(gè)機(jī)遇，把芯片市場(chǎng)在中國(guó)建立起來(lái)。芯片是現(xiàn)代化的心臟，我們必須要控制。否則，芯在國(guó)外，國(guó)外一卡，我們的心臟就會(huì)停止跳動(dòng)了。這是一個(gè)大機(jī)遇，國(guó)外的發(fā)展勢(shì)頭很猛，我們的差距也很大。
2014年中國(guó)稀土永磁產(chǎn)量12萬(wàn)噸，超過(guò)全球85%，國(guó)外沒(méi)辦法與我們競(jìng)爭(zhēng)。但是我們無(wú)法穿過(guò)他們的專利壁壘。全世界磁性材料生產(chǎn)量有多少噸，按照全世界65億人計(jì)算，平均每人每年用到多少磁性材料。這個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的意義在于，假如每人磁性材料的用量大于平均數(shù)，意味著你是發(fā)達(dá)國(guó)家，假如低于平均數(shù)，你就是欠發(fā)達(dá)國(guó)家或是發(fā)展中國(guó)家。
其次講磁滯回線表征的磁性材料。主要有永磁、軟磁和磁記錄，現(xiàn)在我主要講永磁和軟磁。
永磁材料最主要的是碳鋼、鐵氧體和稀土永磁。全世界主要永磁材料的產(chǎn)量在增加?，F(xiàn)在永磁有一個(gè)新進(jìn)展是把軟磁和永磁兩個(gè)復(fù)合，這在很多方面都有了新的成果。稀土永磁的最高性能理論是達(dá)到93%，經(jīng)過(guò)三代進(jìn)步很大，目前第四代的永磁還沒(méi)有研發(fā)出來(lái)。永磁電機(jī)的應(yīng)用很廣，平時(shí)我們使用的轎車有30多處都要用到永磁、軟磁材料，用得越多說(shuō)明車的自動(dòng)化水平越高，我們坐著很舒服，但你不知道這個(gè)舒服是磁性材料帶來(lái)的。另外風(fēng)力發(fā)電也是用永磁發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3MW的需要1.5噸的稀土永磁。
下面講軟磁。所有的通訊都要用到軟磁材料，從低頻到高頻整個(gè)譜都要用到軟磁材料。顆粒表面包覆有機(jī)、無(wú)機(jī)粘接劑。到納米階段它的性能大大提高了。鐵粉芯軟磁材料，最早是上世紀(jì)日本做出來(lái)的，這種鐵粉芯的基本特征，直流偏置特性好，較高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁導(dǎo)率頻率特性線性度好。做成納米顆粒甚至可以到幾兆赫的頻段。總的來(lái)講，低密度向高密度發(fā)展，平時(shí)大家用的都是閃盤，閃盤比較便宜，但性能不穩(wěn)定。20世紀(jì)80年代以后，計(jì)算機(jī)的性能大大提高，價(jià)格下降的原因在于把信號(hào)讀出來(lái)的磁頭，現(xiàn)在用了鋸齒電阻效應(yīng)，這是歐洲最先發(fā)現(xiàn)的，并且得到2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
第三講交叉耦合效應(yīng)的磁性材料。其中有超材料、高溫磁制冷材料、自旋電子學(xué)等。磁與生物、化學(xué)緊密結(jié)合，磁性材料是一個(gè)應(yīng)用范圍很廣的材料。比如磁場(chǎng)對(duì)小動(dòng)物的影響，把小白鼠注入病毒以后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)磁療以后活蹦亂跳，但沒(méi)有經(jīng)過(guò)磁療的就死了。磁與生物體是很值得研究的，現(xiàn)在到醫(yī)院里第一怕開刀，第二怕化療，將來(lái)磁療值得試一試。
下面我重點(diǎn)介紹一下自旋電子學(xué)。法國(guó)科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得·格林貝格爾因分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)而共同獲得2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)只獎(jiǎng)給原始發(fā)明，并且這個(gè)原始發(fā)明是偶然發(fā)現(xiàn)的，沒(méi)想到副產(chǎn)品得諾貝爾獎(jiǎng)，正產(chǎn)品沒(méi)有得諾貝爾獎(jiǎng)。在多層中增加一層，這些都是很普通的材料，但納米組合以后可以出新的東西。
自旋電子學(xué)不但與磁有關(guān)，與半導(dǎo)體也有關(guān)。本來(lái)半導(dǎo)體是不帶磁的，一聽到磁都害怕，但現(xiàn)在要利用磁，怎么把磁鐵放到半導(dǎo)體里面去，以前是用外加電廠控制電荷，現(xiàn)在還可以控制磁旋的轉(zhuǎn)向。電磁朝上朝下有兩個(gè)狀態(tài)，可以被計(jì)算機(jī)使用，現(xiàn)在可以不用磁場(chǎng)來(lái)控制，可以磁化電流，用這個(gè)辦法可以變成0和1，就可以在計(jì)算機(jī)中得到應(yīng)用。
摩爾定律大概到2020年以后結(jié)束，現(xiàn)在的半導(dǎo)體芯片還能維持一段時(shí)間，但在未來(lái)的進(jìn)程當(dāng)中可能會(huì)趨于萎縮。以后可以把磁盤與芯片合二為一，不需要有磁盤了，一個(gè)芯片里面可以有很大的容量。自旋芯片大致上經(jīng)過(guò)三個(gè)發(fā)展階段。第一個(gè)階段是2006年前，采用電流重合法產(chǎn)生的磁場(chǎng)調(diào)控自旋，2006年后采用極化電流調(diào)控自旋，STT-MRAM，自旋與膜面平行與垂直二類。第三個(gè)階段是目前研發(fā)電廠調(diào)控自旋MeRAM。
國(guó)外發(fā)展情況，2013年歐洲A350飛機(jī)采用自旋芯片控制系統(tǒng)，今年IBM聯(lián)手三星公司宣布批量生產(chǎn)STT-MARM芯片。日本東北大學(xué)預(yù)計(jì)到2020年MRAM全球需求可望達(dá)到900億美元。半導(dǎo)體自旋電子技術(shù)很可能引起信息技術(shù)革命性變革，成為引領(lǐng)未來(lái)新一代微電子技術(shù)，創(chuàng)造新的信息時(shí)代。未來(lái)運(yùn)算、存儲(chǔ)、通信三個(gè)功能都將集成在單個(gè)芯片上，從而形成功能強(qiáng)大、超高速、低功耗、抗輻射的全新的芯片。多學(xué)科交叉是今后發(fā)展的總趨勢(shì)。
