12月15日晚七点，第54讲科学前沿讲座在中国科学院大学玉泉路校区阶一四教室成功举办，本次做客国科大的是来自中国科学院半导体研究所的王开友老师，王老师本次讲座的题目为《自旋电子学材料及其应用》。
首先，王老师向同学们介绍了自旋电子学材料的研发背景。王老师先向同学们展示了与现代计算机技术紧密相关的CPU、内存DRAM和固态硬盘SSD等设备，并告诉同学们组成这些器具的最关键的部分都是半导体材料。王老师还向同学们展示了芯片尺寸随着时间的变化曲线，现在学界普遍认为7nm为芯片尺寸的极限，因此很多科学家正致力于寻找新的材料来突破该极限。
现在使用的DRAM在断电之后，其储存的内容会全部丢失，而且芯片尺寸的极限也即将达到，正是在这种背景下，自旋电子学材料才应运而生。自旋电子学是利用电子的自旋而不是电子的电荷来实现信息的存储、输运和处理的，因此具有速度快、能量损耗少等独特的优点，具有广阔的应用前景。但是，挑战也同时存在，开发自旋电子学材料的难点主要在于自旋的产生、操纵和探测等问题。
在第二部分中，王老师向同学们介绍了金属磁性材料的基本发展情况，向同学们讲述了利用经典的自旋相关散射所制作的GMR和利用量子力学理论的量子隧穿效应所制作的TMR的发展历史和相关应用。王老师用动态的动画向同学们展示了分别用磁场和电场操纵电子自旋的不同情况，让大家清楚地认识到磁场翻转没有方向性、而电流可以定向驱动磁畴壁运动的规律，从而更透彻地理解了为什么科学家们希望用电学方法来控制电子的自旋，而不喜欢使用磁场操纵的原因。利用电学方法，可以有效地实现信息在空间三维的高密度存储，从而在电流诱导微波发射器、深层钻井、生物芯片等领域有着广阔的应用。
在第三部分的半导体自旋电子学中，王老师详细地讲述了半导体自旋电子学的发展历史，在介绍量子隧穿效应时，王老师意味深长地告诫同学们：“在科研过程中，开阔视野是非常重要的，不要只局限于自己的课题，别的领域的最新进展也要关注，因为有时别的领域的发现可以帮助我们实现自己领域的突破。”紧接着，王老师还向同学们介绍了铁磁半导体的相关背景，让大家看到了将铁磁体和半导体结合起来产生的“1+1>2”的神奇效果。
最后，王老师带领同学们展望了半导体自旋电子学的前景，“材料界正面临巨大的问题，以硅为代表的信息技术给人们的生活带来了翻天覆地的变化，但是硅的时代很快就要过去，在硅之后，材料学应该向哪个方向发展，谁也不知道，正因为如此，自旋电子学与相关的材料有很好的前景，欢迎各位同学投身于自旋电子学领域的相关研究。”讲座结束后，王老师还耐心地回答了同学们的问题。（文/张旭升 图/勾凌睿 来源/国科大记者团）
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“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月，是中国科学院大学为本科生开设的必修课程，同时欢迎研究生与教职工参加，由中国科学院大学本科部主办，讲座召集人为周琪院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机六个专业，邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展，让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展，拓宽学生的学术视野，为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。
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