2019年5月4日，北航微电子学院联合北航士谔书院邀请诺贝尔奖得主Albert Fert教授，在北航沙河校区咏曼剧场，与来自各书院、学院的400余名北航学子面对面交流。
（图源：士谔媒体宣传中心）
费尔教授是自旋电子学的创始人，世界级物理学家，因发现巨磁阻效应荣获2007年诺贝尔物理学奖。2014年6月加盟伟德源自英国始于1946，成立费尔北京研究院并担任首席科学家，教授及博士生导师。
报告会伊始，考虑到现场学生有不同方向的专业背景，首先由微电子学院博士生朱道乾同学对自旋电子背景与基础知识展开介绍，使同学们对自旋电子器件的特点与优势有了初步的了解。
随后，费尔教授、赵巍胜教授与现场同学展开热烈的交流。费尔教授从学术、科研、专业选择和大学生活等方面耐心地回答了同学们的问题，并分享了他取得成功的三大要素：优秀的导师、有前途的方向和个人坚持不懈的努力。随即，赵巍胜教授也向同学们细致地介绍了费尔教授的奋斗历程及巨磁阻（GMR）效应的相关知识。在交流的过程中，费尔教授严谨努力的形象逐渐在现场同学们的心中丰满起来，他的一丝不苟与谨慎谦虚激励着现场的每一位学子。精彩的交流也将同学们带入诺奖背后浩瀚的科学宇宙之中，无边无际的知识海洋吸引着每一位学子的探索之心。
在自由提问环节，近10位同学结合教授的分享与自身的经历，踊跃地向教授展开提问：
学生：您觉得微电子产业的未来发展方向是什么？您认为自旋电子学是未来最具发展潜力的方向吗？
Fert：微电子行业基于“CMOS”技术。我们都知道微电子行业发展遵循“摩尔定律”，晶体管尺寸不断缩减，运算性能不断提升。但是现在晶体管尺寸逐渐接近物理极限，摩尔定律开始失效。因此，我们需要新的技术来延续微电子行业的发展，这是第一个挑战，也是我们所说的“Beyond CMOS”。第二个挑战是随着物联网、大数据的崛起，微电子行业耗能巨大。例如，在一座现代化城市中，10%的电能消耗在电脑和数据中心里。这个挑战驱使着我们降低芯片能耗，探索所有可能的新技术来超越传统半导体CMOS技术。说到超越传统半导体技术，并降低其功耗的技术手段，自旋电子学是其中之一，也许是其中最具前景的。自旋电子学不仅利用电子的电荷，还利用电子的磁学属性——也就是电子的自旋——来进行存储和计算。事实上，很多商用产品都是基于自旋电子学。当你们使用电脑硬盘的时候，你们就用到了自旋电子学领域最早发现的效应之一——巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance Effect），这一效应使得硬盘的容量增长了1000倍。如今，自旋电子学同样有很多新的的应用前景。微电子行业许多大型企业，例如三星等，正在大规模量产基于自旋电子学的磁随机存储器，也就是自旋转移矩磁存储器（Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory: STT-MRAM），来替代电脑中现有的内存。目前这些内存都是基于CMOS技术的，但是它们能耗太高。因此现在的一个方向就是用STT-MRAM来代替这些基于CMOS技术的内存。
学生：我们知道您的研究成果极大地促进了硬盘容量的提升，我有一个关于集成电路的问题。根据摩尔定律，存储芯片的容量在迅速提升，器件尺寸在不断缩小，但是集成电路正在接近它的物理极限，那么您认为硬盘存储的下一个突破是什么？
Fert：在引入了巨磁阻效应以后，硬盘的容量得到了巨大的提升。有的时候在硬盘和闪存（Flash Memory）之间存在一些竞争，但是闪存价格比硬盘贵很多，因此在数据中心里，由于需要存储大量数据，硬盘依然是主要的存储介质。我们现在研究未来的存储技术，例如，我们正在研究磁斯格明子（Magnetic Skyrmions）。斯格明子是一种尺寸很小的具有准粒子特性的自旋结构，它不仅可以存储信息，还能很容易地被操控。在硬盘里面，信息被存储在盘片上，信息读取是通过盘片转动和读头沿径向移动来实现的这需要机械结构，并且能耗很高。所以我们希望通过驱动斯格明子在盘片上的运动来取代硬盘里的机械部分。作为信息存储单元的斯格明子可以在一个位置被产生，然后用电流驱动到另一个位置进行读取，从而去除硬盘中的机械部分，形成一个全电学系统。
学生：回到学生时代的开始，您会选择什么专业？
Fert：人生的选择和生活方式是多样的。当我在你们这个年纪的时候，我热爱艺术，热爱电影，热爱当导演。热爱运动。所以有的时候我在想，艺术家是更有创造性的职业。后来我发现，我对科学、对物理十分擅长。当我开始在实验室，开始读博士的时候，我意识到科学家同样是非常具有创造性的职业。当一个科研工作者不仅仅是去做实验，更是去想象，去充满想象力地工作。现在，我非常高兴我成为了一名科学家，因为我知道我的工作是富有创造性的，就像一名艺术家的工作一样，我享受着其中的乐趣。一直到现在，我的乐趣依然是去创造、去想象纳米物理学中的新的想法。从我的想象中创造新的点子，然后去实现它，依然是我工作中的乐趣。
学生：您最开始的时候预料到了您会得诺奖吗？
Fert：在最开始的时候，我从做物理研究中获得了很多乐趣。对我个人而言，享受这些乐趣就足够了，我并没有想到会获得诺贝尔奖。对我来说，获诺奖就像是“The cherry on the cake”，锦上添花罢了。获得诺奖以后，我的乐趣也并不是当一个诺奖获得者，而是继续做科学研究，继续想象，继续创新。
学生：您为什么会选择当一名科学家？
Fert：就像我刚才所说，开始的时候我被很多事情吸引，我热爱艺术，热爱电影，热爱当一名画家。但是后来当我进入大学以后，我认识到科学家同样是一个充满艺术性的职业，想象力和创造力也是科研这份职业的关键组成。
学生：您觉得制备自旋器件的困难是什么？另外，我们现在都是大一的学生，还没有选择专业，不过我们也学习了数学、物理和编程等课程，您能给我们一些专业选择上的意见吗？
Fert：制备微电子器件是很困难的，但是我们知道随着研究的进展，STT-MRAM的很多问题都已经被解决了。事实上，微电子相关的任何问题都很难解决。例如，人们花费了很长时间才制备出了第一个晶体管。但是现在这些问题都被解决了。STT-RAM也同样如此。制备STT器件的难度在于它是在纳米尺度的，工艺难度很大，所以需要一些时间来开发、攻克这个技术。制备自旋器件是很困难的，制备STT-MRAM器件更难，这是因为器件尺寸很小。但是我们知道现在纳米技术有了长足发展，制备这些纳米尺寸器件的技术也已经发展起来，所以我认为自旋器件下一步的发展会容易很多。现在我们正在研究STT-MRAM的下一代，也就是自旋轨道矩磁随机存储器SOT-MRAM（Spin Orbit Torque MRAM: SOT-MRAM）, 虽然它们的物理机理不一样，但是器件结构和工艺流程是类似的。在有了制备STT-MRAM的技术积累以后，人们可以更加容易地制备出自旋电子学的其它器件。关于专业，你们有很多方向可以选择，这取决于你们更喜欢物理、数学还是工程。我并不是数学方面的专家，但是我可以聊一下微电子专业。这个专业涉及到很多基础物理问题，同时涉及到很多工程技术上的问题。在微电子行业，依据你的个人选择，你可以做大学教授，可以在研究所里做一个科研人员，也可以去企业工作。在这个行业里可以有很多选择，取决于你的个人喜好。
学生：非常有幸能同您这样的大师交流。当我进入大学以后，我对大学生活有一些困惑。我们可能会发展很多的兴趣爱好，像运动、艺术和科学等，但我们怎样才能找到人生的方向呢？
Fert：这个问题有点难回答，因为你对运动、艺术和科学等都感兴趣。
学生：不不不，这仅仅是举个例子
Fert：你对什么感兴趣？
学生：（笑）也有很多。
Fert：那你最喜欢什么？
学生：其实我不太确定我对什么事情是真正感兴趣的。当深入到我感兴趣的某个东西的时候，我常常发现自己对它不是很感兴趣。
Fert：在和你们同样年纪的时候，这对我来说也是一个问题。我被很多事情吸引，想当导演，想当艺术家，对运动也很感兴趣，是一个进行过专业训练的橄榄球运动员。但我没有赢下很多的橄榄球比赛。关于橄榄球，我的博士后是在英国做的，并在那边的一个球队打橄榄球。在我获得了诺贝尔奖以后，球队的一个人给我寄过来一份当地的报纸，名字是“一位前法国橄榄球运动员获得了诺贝尔奖”。所以对我来说，人生有很多种选择，当导演、当艺术家、当运动员、当科学家等。我想选择的职业是我喜欢的，是一直有新的东西去探索的，就像一位探险家。科学家的工作就是去探索世界、探索科学。对我来说，纳米物理学就是去探索微观物质世界，去探索电子、声子、磁子和斯格明子等，我的工作涉及了很多纳米尺度的有趣粒子。我愿意去花时间研究这些粒子，利用我的想象力，从这些微观粒子里创造新的东西。不论是当科学家、艺术家，还是当一个工程师，当你发现你自己创造出来的东西可以帮助到很多人时，这就是你的工作给你带来的最大的满足感。对我而言，当我看到大家在用电脑、用硬盘的时候，我想到硬盘可以工作是因为曾经在我的脑海里产生了巨磁阻效应的想法。当看到我的想法帮助到了大家时，我感到十分满足。
学生：费尔教授您好，我是一个研究生，专业是航空航天工程，我现在每天阅读大量的文献，但是我发现很难提出新颖的想法。所以我想知道当您在读博士期间，在做研究时，您是如何处理这种沮丧的情绪的？
Fert：当你开始从事某一个学科的时候，你开始深入理解。现在当我开始思考物理学的时候，特别是一些物理图像时，不仅是在实验室，当我在山上散步时候，在等地铁的时候，新颖的想法都可以冒出来。然后我会继续深入思考。我的想象力驱使着我探索新的想法，思考纳米物理学的本质。然后创新的想法就不仅仅产生在当我读文章的时候，也产生在任何时候。当你对物理，对书本上的知识有了很好的掌握以后，你的工作开始变得容易。思考新现象的方式有很多，当你对基础知识，例如物理学，有了深刻认识以后，这些都变得容易。
学生：您能否给我们一些学术上的建议?作为一名诺奖获得者，您觉得让您从全世界的科学家中脱颖而出的因素是什么？我相信这肯定不是偶然的，当您在我们这个年纪的时候，您是如何找到属于自己的成功的途径的？
Fert：首先，开始的时候我遇到了一位优秀的物理老师。他是一位教授，对物理学定律有着深刻洞见。所以这是一个很好的开始，我遇到了一位好老师。其次，当我读博士时，我博士的课题是一个非常好的研究方向。我的课题很有挑战性，它基于磁性粒子的掺杂。当我博士生涯开始的时候，我所研究课题并没有被充分探索过，因为这时电子学还只关注着电子的电荷，所以博士开始的时候，我的想法就是如何探索电子的磁学属性——自旋。在我的博士论文里面，我给出了实现巨磁阻效应的想法。那个时候，就有一些人正在做巨磁阻效应相关的实验，但是受限于当时的制备技术，未能发现巨磁阻效应。基于我的博士论文，我知道如果我可以制备纳米超薄膜，这个效应就可以被证实。但是在那个年代，纳米技术还不够先进，还不能制备纳米超薄膜。所以我很幸运，当时我的想法未能被其他人的实验证实。在必要的薄膜生长技术被发明出来后，我也获得了机会，借助这一技术手段实验验证了巨磁阻效应，所以我很幸运。
学生：请问您在获得诺贝尔奖前后的生活有什么变化吗？
Fert：因为我获得了诺贝尔奖，我需要接受记者采访，需要在电视上演讲，需要去一些学校做报告，总之我做了许多不一样的事情，看上去获诺奖之后的生活也不是那么容易。我必须要说，在获得了诺奖之后，因为要接受采访、在学校做报告等，我的生活变得非常忙碌。但是两到三年以后，我又像从前一样把精力放在了物理上，我重新回归到了我的研究生活中。在获诺奖三到四年以后，我又重新提出了和获得诺奖之前一样好的新想法、新观点。获诺奖确实让我得到了一些奇遇和乐趣，例如其中一个乐趣就是今天和你们的交流。
学生：我还想再问一个问题，您能聊一下在科研、学习中与他人交流的作用吗？
Fert：交流讨论是非常重要的，你不能独自工作。在一个实验室里，与同学们、合作者交流是非常重要的；而现在科学研究越来越国际化，与国际同行交流也是非常重要的。就像这周在北航举办的研讨会，我和来自世界各地的许多科学家讨论，交流想法，这对我来说很有益，因为从这些讨论、报告里，我想到了一些值得探索的新点子，所以交流对国际化的科学研究非常重要。交流讨论是非常重要的，你不能独自工作。
学生：我的问题是现如今硬盘存储容量似乎达到了瓶颈，您能预测自旋存储器的极限吗？
Fert：硬盘正在接近它的极限，但是我们正在研究一些新的解决方案来代替现有硬盘，因为最好的解决方案是构建一个全电学系统，而不是像现在一样使用复杂的机械结构。现在有好几个可能的解决方案，其中一个最具前景的方案是用纳米尺寸的准粒子“磁斯格明子”来存储信息。斯格明子不仅仅可以稳定存在，还可以进行低功耗的操控，因此可以用斯格明子来构建一种纯电学的存储器，而不需要任何机械部分。另外一个技术路径是闪存（Flash Memory），但是它的价格比硬盘要贵很多，换句话说，同样的价格下闪存的容量小很多。闪存可以被用在电脑上，但是在大型的数据中心，主要存储介质依然是硬盘。另外，一些公司宣称STT-MRAM也能用于大容量存储，用STT-MRAM来代替内存。
费尔教授详细的解答与拓展，解决了同学们的疑惑，扩宽了同学们的视野，赢得了现场的阵阵掌声。而每一位提问的同学，也幸运地获得了费尔教授亲笔签名的笔记本。
报告会最后，同学们与教授合影留念。
（图源：士谔媒体宣传中心）
