扎根三晉大地，感悟磁學魅力 | 許小紅

|作者：許小紅
(山西師范大學）

本文選自《物理》2026年第3期

引子：一份意外的邀約與漫長的回望

接到《物理》編輯部的約稿邀請，讓我回顧并寫下自己的科研經歷，我既感榮幸，又感慨萬千。作為一個本碩博都是材料學科出身的學子，我所從事的研究卻與凝聚態物理領域相關。正是這份邀請，促使我停下腳步，仔細回望來路——我發現，現代科學發展的一個鮮明特征：學科的邊界日益模糊，重大突破往往誕生于交叉地帶。對我個人而言，與物理的“結緣”，雖起步稍晚，卻是一場深刻而充滿驚喜的旅程，它重塑了我的科研視野，也定義了我后半程的學術生涯。

在此，我愿意將這些年在凝聚態物理領域(自旋電子學與磁學)的探索與收獲講述給大家，希望能與那些在非傳統優勢環境中堅持夢想、在交叉領域摸索前行的青年學子，特別是女性科研工作者，分享一些或許可供參考的體驗。

啟蒙與轉折——叩開物理科學之門

我的童年和少年時期，烙著鮮明的時代印記。小學的教育方式與今天迥異，課堂學習常與生產勞動相結合。那段歲月讓我很早就體會到，知識的獲取需要主動學習與不懈堅持。

小學畢業時，因為個子高，我被選拔到市少年體育學校，一年后又進入省少體校，專攻籃球。那是一段專注于體能訓練的短暫時光。然而，我內心始終縈繞著對書本和靜思的偏好，于是我決定回歸普通校園。那時，同齡人都已上初二，我堅持要求跳級跟上。父母起初并不同意，他們對我未來的學業沒有太高期望，但拗不過我的執著，只好讓步。現在回想，那可能是我人生中第一次重要的自主抉擇，帶著懵懂的倔強，卻為我打開了通往知識世界的大門。

初中畢業后，我進入了本市最好的高中，并于1984年考入天津大學，專業是無機非金屬材料。天津大學“實事求是”的校訓，從此成為我行事為學的底色。在本科階段，我系統學習了材料學科的基礎，但接觸的物理課程相對有限，主要是普通物理、材料物理、材料力學等課程。后來，我在北京科技大學攻讀碩士、在西安交通大學攻讀博士，都是在材料科學與工程學院。盡管碩士期間學習了固體物理、量子力學等課程，但我深知自己的物理功底依然薄弱。那時，我對物理的感覺是“神秘而高不可攀”，每每聆聽物理領域的專家學術報告，總是充滿羨慕與敬佩。

真正的轉變發生在博士后階段。我在華中科技大學從事博士后研究，開始接觸到磁學這一凝聚態物理的重要分支。隨后，我先后前往英國謝菲爾德大學物理系、日本東北大學電氣通信研究所進行博士后研究和訪問交流。這兩段海外經歷，如同一把鑰匙，為我真正開啟了物理世界的大門。

在英國，我的合作導師是Gillian Gehring教授，她是當時英國為數不多的物理學女教授，學識淵博，曾獲大英帝國勛章。2004年前后，稀磁半導體研究方興未艾，Gehring教授敏銳地捕捉到這一前沿方向。她治學極其嚴謹，對實驗數據反復驗證。最讓我受益的是她深厚的物理功底——她習慣于用一連串嚴密的物理公式來分析和推演實驗數據背后的機理。同時，她也是一位充滿愛心的導師。我初到謝菲爾德，人生地不熟，她邀請我在她家中住了半個多月，直到我找到合適的住處。這份溫暖，讓我在異國他鄉迅速安定下來。更難得的是，在我回國后的連續十年里，她每年都來山西師范大學訪問指導，為我后來組建團隊、確定研究方向、開展深入研究奠定了至關重要的基礎。她是我科研生涯中至關重要的引路人和支持者。

2012年，作者(前排右一)給來訪的G. Gehring教授講述實驗進展

在日本東北大學Hideo Ohno教授的課題組，時間雖短，卻給我留下了刻骨銘心的印象。那是一個世界頂尖的團隊，氛圍嚴謹到近乎苛刻。我當時主要研究磁電阻效應。課題組負責材料生長的是一位助理教授，他每天清晨7點前就身著潔凈服進入超凈間生長薄膜，中午出來吃個飯，緊接著又去超凈間，直到晚上七八點鐘才出來。我們這個小組一位博士后是韓國人，他負責在整個晶圓上選點測量室溫磁電阻，而我則負責高低溫磁電阻測試。由于焊電極是個精細活，再加上降溫升溫過程時間漫長，每天工作12小時往往只能完成兩個樣品的測試。每晚，我們三人會聚在一起討論數據，決定第二天的薄膜生長實驗參數，就像一個精益求精的流水線。最終，我們制備出了當時世界上磁電阻值最高的自旋閥樣品。那段經歷讓我深刻體會到，頂級的研究不僅需要智慧，更需要極致的專注、嚴謹的協作和日復一日的堅持。

扎根與深耕——組建磁性材料研究團隊

國外學習結束后，我回到山西師范大學繼續科研工作。當時我們學校還在臨汾，地理位置偏僻，交通不便，實驗條件非常簡陋，引進人才更是困難重重。可以說，一切從零開始。

就是在這樣艱苦的條件下，我著手組建磁性薄膜材料研究團隊。我們購置的第一臺設備是國產磁控濺射儀，當時學校經費有限，我們把自己所有的經費拿出來，還借了其他老師的經費才勉強湊夠。有了設備大家都欣喜若狂，然而很快就遭受了一個沉重的打擊，Co或Fe磁性靶根本無法起輝。原因主要是經驗不足，沒有安裝強磁靶，我們只好自己動手改造，想辦法用電磁靶來解決磁性靶材的濺射問題。沒有室內冷水機，就在地下室建造了一個5噸重的大水箱，通過抽水來循環散熱。盡管條件艱苦，但團隊的熱情不減。學校也盡其所能給予了支持，通過幾年積累，我們實驗室終于擁有了一臺振動樣品磁強計、一臺X射線衍射儀，也使得我們所制備的材料結構和磁性表征有了著落。

為了讓團隊的青年教師和研究生們系統學習磁性理論，我想方設法聘請了數十位國內外知名教授來校講學指導，甚至專門請清華大學的韋丹教授為團隊講授了一個暑假的磁性物理學課程。這些一點一滴的積累，也為我們在磁學領域的研究打下一定基礎。

我的研究方向隨著學術積累和國際前沿動態而不斷演進。受博士后導師華中科技大學李佐宜教授指導與啟發，我們早期錨定了L10-FePt和CoPt等磁存儲薄膜的研究。經過多年摸索，制備出了磁晶各向異性常數連續變化的交換耦合梯度介質，并利用圖形化手段獲得了交換耦合梯度圖形化納米點陣，這對解決垂直磁記錄中熱穩定性、寫入場和信噪比相互制約的“三難問題”具有重要意義。

2005年，《科學》雜志將“能否制備出室溫下工作的磁性半導體”列為125個最具挑戰性的科學問題之一。從英國回來后，我們立即投身于這一前沿研究。開始采用脈沖激光沉積方法制備ZnO等氧化物稀磁半導體薄膜，但始終受困于摻雜均勻性和磁性起源等核心問題。在充分文獻調研基礎上，我們嘗試采用n-p共摻雜方案，這種方法既可以調控氧化物能帶結構，也可有效抑制磁性原子團簇和第二相雜質的形成，最終制備出了居里溫度高于室溫的均相稀磁半導體薄膜。直到今天，我們仍在拓展這一方向，近期更多地聚焦于本征二維磁性材料體系。

在日本接受的嚴格科研訓練，使得自旋電子材料與器件成為我們團隊的重要方向。在自旋流、軌道流、磁子流等方面，我們都開展了探索性研究，并牽頭主持了國家重點研發計劃項目和國家區域聯合基金集成項目。近年來，我們在降低翻轉電流密度、實現無磁場翻轉、調控磁子傳輸效率等方面取得了一些進展，例如實現了軌道流驅動磁矩無場垂直翻轉、自旋流驅動手性反鐵磁材料無場垂直翻轉等，并大幅降低了信息寫入的臨界電流密度。期待這些工作能為下一代磁隨機存儲器(SOT-MRAM)的材料優化與器件設計貢獻力量。

2018年，作者在新加坡參加Intermag會議

團隊的成長離不開平臺的支撐。2010年，在時任校長武海順教授的帶領下，我們成功獲批了“磁性分子與磁信息材料教育部重點實驗室”。這個平臺如同一個孵化器，不僅產出科研成果，更培養了大批人才，并先后孵化出化學、物理學、材料科學與工程三個博士點。我于2010年獲得國家杰出青年科學基金資助，直到2023年我都是山西省唯一的女性杰青。2019年，我接任實驗室主任，經歷兩次教育部評估均獲“良好”評價。目前，實驗室已引進和培養5名國家級人才，成為山西師范大學的學術高地和靚麗名片，也是山西省乃至全國在該領域的重要研究與人才培養基地。

2021年，山西師范大學整體搬遷至太原，辦學條件和地域優勢得到極大改善。近幾年，國家“兩新兩重”政策支持高校儀器設備以舊換新，更使我們的實驗室如虎添翼。回望來時路，從臨汾到太原，從三臺設備到教育部重點實驗室平臺，我深切感到，個人的堅守與時代的機遇、地方的需求與國家的戰略，只有同頻共振，才能奏出最激昂的樂章。

輻射與服務——助力山西稀土永磁產業

作為一所地方高校的科研工作者，我始終認為，我們的研究不應該停留在論文和實驗室里，更要服務于區域經濟社會發展的主戰場。稀土永磁材料是國家戰略性關鍵材料，山西的稀土永磁產業曾位列全國前三。盡管近年來有所滑落，但仍占全國約10%的產量。如何用我們的技術助力本土產業升級，是我和團隊長期思考的問題。

為此，我們團隊的幾位教師和學生常年深入企業，針對燒結釹鐵硼磁體生產中的具體技術難題，仔細分析工藝流程，找出關鍵癥結，確定解決方案。我們與企業合作，主持山西省“揭榜掛帥”項目，致力于推動低重稀土晶界擴散技術和低成本多主相磁體研發技術的產業化應用。目前，我們已建成20公斤級的中試產線，相關技術成果已在省內多家磁材企業得到應用和轉化，有效提升了企業的產品性能和市場競爭力。

為了更系統、更廣泛地搭建產學研橋梁，我們牽頭組建了先進磁性材料與技術省部共建協同創新中心和山西省材料研究學會，并積極參與組建山西省磁材行業協會和磁材產業創新聯合體。這些平臺有力地促進了高校、科研院所與企業之間的信息互通、技術對接和人才共享，形成了“需求牽引、協同攻關、成果共享”的良好生態。看到實驗室里的構想最終轉化為生產線上的產品，看到學術論文中的參數變為產品性能的提升，這種“把論文寫在三晉大地上”的成就感，是任何獎項都無法替代的。

平衡與擔當——多重角色的交響曲

作為女性科研工作者，同時又先后擔任了山西師范大學校長的管理職務，我常被問到一個問題：“您是如何平衡科研、管理和家庭的？”說實話，我從未刻意去尋求一種理論上的、靜態的“平衡”。在我看來，人生更像一部多聲部的交響樂，每個階段都有其主旋律。當你真心熱愛你所做的每一件事，并愿意為之全情投入時，你自然會找到屬于自己的節奏。

擔任校長，意味著肩負起一所大學發展的整體責任。這不僅僅是行政職務，更是一份沉甸甸的使命。我需要思考學校的學科布局、人才戰略、辦學特色，尤其在山西師范大學從臨汾整體搬遷至太原這一重大歷史轉折期，如何穩定人心、凝聚共識、抓住機遇實現跨越式發展，是擺在我們面前的現實課題。推動學校與地方經濟、社會發展深度融合，將學校的科研人才優勢轉化為服務山西轉型發展的實際能力，也是我作為校長持續思考并著力推進的重點工作。此外，在學校治理、民生保障、基礎建設等方面也傾注了大量的心血。這些宏觀的戰略謀劃與復雜的組織協調，占據了我大量的時間和精力。

2022年，作者在北京參加全國“兩會”

然而，我始終堅守在科研一線。科研工作培養的嚴謹邏輯、對前沿的敏銳洞察以及在攻堅克難中鍛煉的韌性，使我能夠在學校管理中更注重遵循教育科研規律，更善于把握學科發展趨勢，在決策時多一份基于實證的審慎和長遠眼光。同時，校長崗位所賦予的廣闊視野、資源整合能力以及對區域發展需求的深刻理解，又反過來啟迪我的科研工作，既瞄準國際學術前沿，也始終關注其與國家重大戰略、山西產業升級的結合點，思考如何將實驗室的創新成果更有效地轉化為現實生產力。

在家庭中，我是一位妻子，也是一位母親。我的家人，特別是我的先生，給予了毫無保留的理解與支持，我們之間早已形成了默契，彼此尊重對方的事業追求。家人的包容、擔當與愛，是我在最忙碌、壓力最大時最溫暖的港灣和最堅實的后盾。我深信，責任的履行并非時間的簡單分割，而是情感的深度投入與效率的極致提升。

從大學畢業來到山西師范大學，三十多年彈指一揮間。我感恩在這片黃土地上得到的一切成長機遇，也感恩得到了多位院士專家以及無數師長同仁的指導與幫助。他們的提攜與肯定，讓我在科學探索的道路上走得更加堅定。科研的成就讓我在治校辦學中更有底氣，而辦學治校的歷練，也讓我在帶領科研團隊、謀劃學科發展時，更能理解制度、文化與環境的重要性。

這份多重角色的磨礪與積累，也讓我有機會在更廣闊的平臺上發揮作用。我先后當選為黨的十八大代表和十三屆全國人大代表，這既是榮譽，更是沉甸甸的責任。它讓我能夠從國家和地方的層面，為科技政策、教育發展、女性成長等議題建言獻策，努力將基層科研工作者和教育工作者的心聲與訴求傳遞上去。

2025年，我榮獲“謝希德物理獎”，這對我而言是莫大的鼓勵。謝希德先生不僅是卓越的物理學家，也是杰出的教育家和管理者，她的成就與精神一直激勵著我。這個獎項，不僅是對我個人在物理相關領域探索的認可，也是對致力于科學研究的女物理工作者的勉勵。它仿佛在告訴我，這些不同的角色并非必然沖突，它們可以在統一的追求下——即對真理的探索、對人才的培養、對社會的貢獻——和諧地融為一體，奏出屬于自己的人生交響曲。

回望來時路，無論是面對專業轉型時的堅定選擇，還是在艱苦條件下的不懈堅持；無論是在服務國家區域發展中的持續探索，還是在平衡多重角色時的從容應對，都讓我深切認識到，真正的科研之路，從不由性別定義，也不會被起點所限。如果你心中有光，對某個領域懷有真誠的好奇與熱情，那就請堅定地走下去。用執著對抗浮躁，以堅韌面對困難，在團隊協作中汲取力量，在時間沉淀中實現成長。愿每一位在科研道路上探索的女性，都能在專業領域深耕細作，厚積薄發，最終走出一條堅實而從容的科研之路。

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《物理》是由中國科學院物理研究所和中國物理學會主辦的權威物理類中文科普期刊，注重學科性與科普性相結合，秉承“輕松閱讀，享受物理”的辦刊理念，集學科大家之力，追蹤物理學成果，服務物理學領域，促進學科交叉，讓科學變得通俗易懂。已成為我國眾多物理專業的大學生、研究生、物理學家案頭常讀的刊物之一。

作者：眾多活躍在科研、教學一線的院士、專家。

讀者：物理學及其相關學科(如化學、材料學、生命科學、信息技術、醫學等)的研究人員、教師、技術開發人員、科研管理人員、研究生和大學生，以及關注物理學發展的讀者。

欄目：特約專稿、評述、熱點專題、前沿進展、實驗技術、研究快訊、物理攫英、物理學史和物理學家、物理學漫談、物理教育、人物、科學基金、物理新聞和動態、書評和書訊等。

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