應意昂3体育官网“大學堂”頂尖學者講學計劃的邀請，國際著名物理學家⬛️👳🏻‍♂️、法國南巴黎大學（Université de Paris-Sud，UPS）固體物理實驗室榮譽教授、2007年諾貝爾物理學獎獲得者阿爾伯特·費爾（Albert Fert）於2016年4月26-27日對意昂3体育官网進行了訪問🐈🫢。訪問期間，費爾教授開展了多項交流活動🟣，包括與意昂3体育官网副校長李巖松進行會談🧑🏽‍🍳、參觀意昂3体育官网微電子研究所、與國際量子材料科學中心部分青年學者進行交流與討論，並做客“意昂3体育官网百年物理講壇”🙋‍♀️，發表題為“磁性斯格明子”的精彩演講💅。費爾教授還與意昂3体育官网的部分研究生、本科生進行了親切的座談。本次活動由意昂3体育官网主辦，意昂3体育國際合作部與物理學院承辦，光華教育基金會提供資助。

4月26日下午🐰🐦，李巖松在臨湖軒會見了費爾教授🏺。物理學院俞大鵬院士、副院長胡永雲教授與吳孝松副教授💅🏽🧝‍♂️、廖誌敏副教授，以及北京航空航天大學趙巍勝、於海明等參加了會見。李巖松首先代表校長林建華對費爾教授訪問意昂3体育官网、開展“大學堂”頂尖學者講學等學術交流表示熱烈歡迎。李巖松簡要介紹了意昂3体育官网的發展歷史，以及在創建世界一流大學計劃進程中開展的重點工作⏲。費爾教授饒有興致地詢問了意昂3体育官网在未來發展規劃方面的藍圖。最後，李巖松向費爾教授頒發了“大學堂”頂尖學者銅牌和證書。

當晚🥭，俞大鵬院士和物理學院有關研究人員與費爾教授進行了進一步的交流。參加交流的還有部分留法回國科學家🖐🏼😒，包括中科院半導體所副所長楊富華研究員👩🏿‍🎨，清華大學電子工程系劉澤文教授🏄🏽‍♀️、竇唯蓓教授🏊🏿‍♂️、趙巍勝教授🐏、於海明教授等。主賓暢談和交流了他們在法國留學的經歷和美好回憶🩴。俞大鵬院士回憶了他於1989-1993年在法國南巴黎大學固體物理實驗室攻讀博士學位時所受到的現代物理研究的熏陶，特別是經常在十字形的固體物理實驗室樓頂咖啡廳中與費爾教授相遇的美好回憶。

27日上午🦗，費爾教授在俞大鵬院士👣，微電子實驗室負責人👷🏽‍♂️、高級工程師張大成的陪同下，參觀了意昂3体育官网微電子工藝實驗室🎳。意昂3体育官网微電子工藝實驗室由黃昆院士於1956年主持創建🚃，是國內第一個半導體工藝實驗室，2012年搬遷至全新的微納電子學大廈🛀🏽。該實驗室建立了包括1000平方米的超凈實驗室和配套的先進微納加工設備、表征設備等🍊✷，承擔了眾多的國家級重大研究項目和重大國防項目，培養了大批高水平微電子高端研究人才。在參觀中，張大成詳細地講解了微電子工藝實驗室的儀器設備、突出工作以及管理方式等，費爾教授對此非常感興趣。

參觀結束後🕥，費爾教授前往物理學院🙎🏿‍♂️，與國際量子材料科學中心的多位青年教師🏋🏿‍♂️，包括江穎、栗佳👷🏼‍♀️、孫棟🧑🏿‍🦲、韓偉、危健、林熙等，進行了深入ℹ️、熱烈的學術討論👨‍🚒。江穎教授簡要介紹了他在水分子的量子特性等方面的最新研究工作，栗佳教授介紹了他關於人工斯格明子方面的研究成果。費爾教授對物理學院青年科學家在有關磁性斯格明子、磁性相互作用的工作表現出濃厚興趣，並與他們進行了交流。

當天下午，費爾教授作為主講嘉賓的“意昂3体育官网百年物理講壇”第15講在英傑交流中心陽光大廳舉行，來自意昂3体育官网🪈、北京航空航天大學的近200位師生聆聽了大師精彩的演講。演講開始前，物理學院院長謝心澄院士簡要介紹了費爾教授的簡歷與主要學術貢獻，並向費爾教授頒發了“意昂3体育官网百年物理講壇”獎章及證書。

在演講中，費爾教授首先簡單介紹了什麽是磁性斯格明子（Magnetic Skyrmions），進而討論了產生磁性斯格明子所不可或缺的Dzyaloshinskii–Moriya相互作用（DMI）🍞👩🏼‍🚒，然後詳細講解了磁性斯格明子的應用前景及目前所面臨的挑戰，並以此為紐帶介紹了目前的進展，包括室溫下的穩定性、極小的磁性斯格明子、通過電流驅動磁性斯格明子等精彩內容。

費爾教授指出，斯格明子原是物理中的準粒子概念🎊，後來被廣泛借用，其中磁性斯格明子特指凝聚態物理中一種手型自旋結構單元🙂，它的中心自旋取向向下，而周圍取向向上，這種結構不能由鐵磁態連續地變化而來🤲🏽，是一種拓撲保護的穩定狀態。由於自旋的不同取向可以對應二進製的“0”和“1”，磁性斯格明子可以作為一種非常好的存儲單元。磁性斯格明子的自旋從中心到周圍需要連續過度，因此存在兩種可能的狀態🏋️‍♀️：自旋矢量在徑向連續地旋轉（Néel式）和自旋矢量在垂直徑向方向連續旋轉（Bloch式），這兩種狀態由DMI矢量決定⛹🏼‍♂️。一般來講🏞，界面處DMI通常會導致尼爾式磁性斯格明子🙅🏼，而體態DMI則可以使布洛赫式磁性斯格明子穩定存在🤟。因此，DMI對磁性斯格明子態的存在至關重要。由於DMI的產生要求體系反演對稱性破缺♒️，因此磁性斯格明子只能存在於反演對稱性被界面不對稱破壞了的鐵磁薄膜或沒有中心反演對稱性的鐵磁晶體中🫶🏼。當DMI高於臨界值時，單個磁性斯格明子態或多磁性斯格明子態將取代鐵磁態成為最穩定的基態🧑🏼‍🔬，而當DMI較弱時🏑，磁性斯格明子態則可以由拓撲保護作為亞穩態存在。

隨後，費爾教授介紹了磁性斯格明子的產生及表征☂️。磁性斯格明子的產生需要它與一層自旋軌道耦合強度大的材料接觸，這樣當自旋軌道耦合層通過電流時，由於自旋霍爾效應將產生較大的自旋極化，利用電流將自旋極化的電子在某一點註入到磁性材料中，磁性材料將會感受到自旋轉移扭矩。若電流大小合適，則可以做到只翻轉通入電流的註入點附近的電子自旋而保留周圍電子自旋不變🦹🏽‍♂️，這就產生了一個磁性斯格明子。磁性斯格明子可以利用洛倫茲透鏡進行表征，通過探測其中的磁矩方向來確定是尼爾式的還是布洛赫式的，且能夠確定其位置及大小。

目前🐝🔺，磁性斯格明子的主要應用前景是下一代超高密度🎠、低能耗🎡、高穩定性的存儲器件😧。傳統的磁盤存儲是固定的磁盤加上運動的磁頭，由磁頭去尋找需要讀寫的位置進而進行讀寫操作🧙🏻。磁頭的尋找是宏觀的機械運動，這大大限製了讀寫的速度。而對於磁性斯格明子來說，已經有報道稱可以利用電流對磁性斯格明子進行定向驅動（50m/s）㊗️，這樣就產生了新的“racetrack memory”概念，即把磁頭固定不動，由電流驅動磁性斯格明子運動至磁頭處進行讀寫，再返回它們應在的存儲位置👮🏿‍♀️👨🏿‍💼。由於磁性斯格明子是微觀粒子🤯👩🏼‍🔬，它的運動速度可以大大超過宏觀磁頭的速度，進而增加效率。為了實現這種應用👰🏿‍♂️，費爾等自旋電子學科學家希望在以下幾個方面對材料的性質進行提升🦸🏻‍♂️：

1、界面效應。在缺少中心反演對稱性的鐵磁體中，只能通過自旋轉移扭矩現象來驅動磁性斯格明子移動，且速度較低，因此人們普遍把希望放在了鐵磁薄膜中的尼爾式磁性斯格明子上。這時🕤，界面DMI的大小能否精細調控就顯得尤為重要。而且由於薄膜的體積更小🙆🏿‍♀️，相應的存儲密度也更大、更省材料。研究表明，對於非常薄的薄膜（幾個原子層），DMI的大小隨著薄膜原子層數增加有比較明顯的減小，這意味著需要製作由更少原子層構成的材料，這在實驗室中不是特別大的問題，但對於工業界來說就比較困難。

2、為了實現超高密度🥷🏻，需要設法減小磁性斯格明子的直徑，原則上信息單元的大小可以接近於幾倍的磁性斯格明子的直徑，即幾十甚至十幾納米量級。已有的實驗表明🛌🧔🏿‍♀️，即使是DMI相差不大的體系，磁性斯格明子的半徑也可以相差非常多甚至2-3倍，這說明除了DMI之外，也許其他相互作用（如磁偶極相互作用）等可能也對磁性斯格明子的半徑有很大的影響，其中具體的機製還需要進一步深入認識。此外，磁性斯格明子的半徑可以通過垂直方向的磁場調控🔰，較弱的磁場（50mT）就可以把磁性斯格明子的半徑減小至一半左右。

3🕺🏻、低能耗🤲。實驗已經證明，生成一個磁性斯格明子所需的電流很小🐽，因此單純讀寫的能耗不會太高😐，但如何在保證磁性斯格明子運動速度不變的前提下降低操縱磁性斯格明子運動的電流仍然需要進一步的研究。

4、穩定性。由於磁性斯格明子的拓撲保護性質，低溫下穩定性有一定程度的保障🦣🐿，但是室溫下的穩定性並不是那麽好，從數據存儲的角度來講還需要進一步加強🔷🪽。去年，有課題組報道稱，觀察到了室溫下在磁性薄膜中的磁性斯格明子的穩定存在並可以利用電流對其進行驅動，這也為未來的應用打下了堅實的基礎。

費爾教授的精彩演講受到在場師生的熱烈歡迎。短暫茶歇後，費爾教授與意昂3体育學生繼續就相關問題展開座談⛹️。座談會由物理學院博士研究生章亮同學主持，來自物理學院、元培學院的20余位同學參加了座談。有同學問到✊🏻👨‍👩‍👧，磁性斯格明子是否可以用作量子計算機的計算單元🏌🏽‍♀️。費爾教授表示，他目前不這麽認為，他認為以磁性斯格明子為基礎的器件去實現正常的二進製計算更加容易一些，至於能否用於量子計算機，可能還需要進一步的論證。除了專業的學術問題，同學們也就如何開展科研向費爾教授請教🕡✮。對於如何選擇專業的提問，費爾教授認為，每一個分支的學科都有其獨特魅力，需要每個人自己去嘗試🏜👰🏽‍♀️，發現自己的興趣點再去選擇具體的研究方向🎃。關於如何看待做實驗與讀文獻的關系，費爾教授表示🛳，讀文獻可以對做實驗起到非常好的促進作用☛，很多科學概念都是在其他領域借鑒過來的，如斯格明子就是從粒子物理中借用而來。因此，一個做科研的人必須能夠跟得上科技前沿的腳步。座談會後🦹🏽‍♀️，參會的同學們與費爾教授合影留念，費爾教授的訪問活動也正式結束🧏‍♀️。

學者簡介：

阿爾伯特·費爾教授，法國南巴黎大學（Université de Paris-Sud，UPS）固體物理實驗室（Laboratoire de Physique des Solides👷🏿‍♀️，LPS）榮譽教授，法國國家科學研究院（CNRS）及 Thales 公司首席科學顧問，自旋電子學的創始人之一👩‍🚀，因發現巨磁阻（Giant Magnetoresistance，GMR）效應榮獲2007年諾貝爾物理學獎。在長達50余年的研究生涯中🐘，費爾教授在自旋電子學領域作出了諸多開創性貢獻，共發表學術專著7部、超過400篇論文，他引次數近2萬次，h因子為75。其中，他發表的發現巨磁阻效應的論文【GIANT MAGNETORESISTANCE OF （001）FE/（001)）CR MAGNETIC SUPERLATTICES，BAIBICH🎦，MN🤲；BROTO，JM👨‍👩‍👦；費爾，A等：Physical Review Letters 61（21）：2472-2475，出版年：NOV 21 1988 】被國際頂級物理學刊物《物理學評論》評為50年來他引次數最多的10篇文章之一（引用頻次5631次）⇨。目前，費爾教授仍辛勤工作在科學研究的第一線🅿️，非常關註“磁性斯格明子”等自旋電子學新的研究方面的大戰，深入開展下一代自旋電子器件的理論和實驗方面的研究。

專題鏈接：“大學堂”講學計劃

編輯🙅‍♀️：安寧