本刊记者 刘玉杰

编前语：

80年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。一方面传统的固体物理各个分支如金属物理、半导体物理、磁学、低温物理和电介质物理等的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切;另一方面许多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。

2011年4月25日，台北市，一年一度的IEEE国际磁学会议（InterMag）正在进行中。这是一次国际磁学界的盛会。突然间，观众席上响起了雷鸣般的掌声，一个年轻人走上讲台上，为大会做特邀报告。他就是孙周洲，大会的分会主席，中国理论凝聚态物理领域的杰出学者。

孙周洲，1999年本科毕业于浙江大学物理系，2006年在香港科技大学物理系取得博士学位，导师为著名理论凝聚态物理专家，国家“千人计划”入选者王向荣教授。孙博士曾在香港科技大学、香港城市大学担任研究员。之后入选德国国家级基金—亚历山大冯洪堡基金会的资助，在德国雷根斯堡大学理论物理所担任洪堡研究员。2011年回到中国，现为苏州大学物理科学与技术学院特聘教授。他曾参与了国内外多项科研项目，至今共发表SCI论文33篇，包括多篇高影响因子的论文：3篇Phys.Rev.Lett.,多篇Phys.Rev.B, Appl.Phys.Lett.等，论文总引用次数329次，他引275次，h指数等于9。

定位前沿，挑战尖端

孙周洲的研究重心定位于“纳米磁电子学”领域，属于“自旋电子学”领域范畴。这是一个当今非常热门，极具吸引力的科学前沿。这个新兴领域，既有纯学术问题的探讨，又有巨大的工业应用前景。从工业应用方面来说，纳米磁电子学或自旋电子学是新一代磁相关产业的理论基础，有数据表明，国际上磁相关产业的增长正在赶超现有的半导体工业产值。正如美国自然科学基金会指出的，“巨磁阻效应”（GMR)引发的新一轮自旋纳米器件的研发和纳米自旋电子学的理论研究热潮，将会推动新一轮工业革命的到来。磁信息产业将会包括，新一代磁性硬盘、磁性内存，磁传感器，全金属化自旋晶体管，磁性逻辑元件等等，具有高速，低功耗，量子相干性强，非易失性，高可靠性等诸多优点。

孙周洲简明地介绍了他的主要研究内容：一是介观或纳米尺度下的自旋电子学及纳米磁性系统中的磁矩动力学研究。比如通过施加磁场或自旋极化电流造成在磁性纳米颗粒或纳米线中的磁矩翻转现象的研究；二是介观或纳米尺度下的电子输运现象的研究。比如在超晶格，量子点/线/井，石墨烯，二维电子气等系统中，理论研究电子在其中的量子输运现象。

“自旋电子学”、“纳米磁电子学”？这些名词不光对于我们这些非专业的人来说是头一次听到，就是相对专业人士也是比较陌生的名词。它们与凝聚态物理学有着怎么的关联？

孙周洲接着介绍说，从纯学术方面来说，纳米磁学是传统磁学的延伸。传统磁学虽然古老，但仍有众多问题未从理论上给予最终理解，纳米磁学的研究为磁学研究打开了的一个全新的视角，势必能促进对磁学学科的发展。例如近年来发现的“庞磁阻效应”（CMR）表明Mn基钙钛矿氧化物系统是一个具有极丰富物理的强关联体系，而强关联系统一直是凝聚态理论物理的最有挑战性的领域。另外，由于自旋是非常优秀的量子位的物理基础，因此，关于自旋电子学的理论研究可促进当今另一重大科研前沿-量子计算机的实现及发展。

当问到孙周洲为什么选择这样一个充满挑战的研究领域时，他原本平静的表情开始丰富起来，眼神也跟着闪烁。看得出来，他是如此热爱这项工作，以致于那些艰难、那些迷茫都不算什么了。从“凝聚态物理学”、“自旋电子学”、“纳米磁电子学”……孙周洲正是被这样一个五彩斑斓变幻莫测而又充满着无限可能的科学世界所吸引，并深深的投入、沉浸。不畏挫折，不断探索，在这样纷繁交叉的领域中取得了一系列的创新成果。

敢于创新，敢于突破

一分耕耘，一分收获。经过多年的探索与实践，孙周洲在两个重要的研究领域取得了突破，形成了极有分量的学术成果：

一是在半导体超晶格中的非线性电学输运理论方面，他提出了多个创新性概念。他将非线性科学中的极限环振荡理论用于半导体物理领域，在理论上预言了电流自振荡在交流下的锁频现象，并且很快获得了实验验证。这项成果的创新性及科学价值表现为：将半导体物理领域与非线性科学领域的知识交叉思考结合，提出一套用非线性语言来解释半导体物理领域的思路和途径，并可相应的推广至其它的物理系统，具有一定的普适性。在应用价值上，超晶格中的电子自振荡现象可用于制造高频THz纳米级固态电子振荡器。而孙周洲提出的极限环振荡及相应的锁频理论，均可为今后超晶格振荡器的工业应用提供良好的理论指导和依据。这一理论成果使他在第14届全国半导体物理会议上做特邀报告。相关的多项工作以第一作者发表在Phys.Rev.B、Appl.Phys. Lett.、New Journal of Physics等国际重要物理期刊上。

二是在纳米磁学及自旋电子学领域中的磁矩动力学调控理论方面，孙周洲在其中做出了多项理论突破。包括磁矩动力学的非线性翻转理论；采用任意含时磁脉冲或圆偏振微波可以极大地降低临界矫顽场从而减少能耗的方法；理论上解析找到了最优翻转磁脉冲的精确形式。此外，在使用自旋极化电流驱动磁化所谓当前凝聚态物理最前沿之一的课题上，孙周洲也做出多项突破性工作，包括优化调节电流极化方向、加速磁畴壁运动，提出两体磁颗粒中的零场翻转现象等。取得的多项成果以第一作者发表在Phys.Rev.Lett.（物理类顶级杂志）、Phys.Rev.B、Europhys. Lett.等国际一流物理期刊上。并在德国著名的Springer学术出版社出版的学术书籍“Nanoscale Magnetic Materials and Applications”中合作撰写了一章工作综述。

孙周洲将传统的磁学领域与非线性科学领域的知识交叉思考结合，创造性地提出了采用含时磁场或电流操控磁矩动力学的理论框架，这在之前几乎无人涉及。在经济价值上，磁矩动力学行为的物理理解对于超高密度存储介质（如硬盘），磁性内存，磁性逻辑器件等具有极其重要的理论指导意义。因此，提出的降低矫顽场（即减少能耗）的研究成果对磁化、存储工业具有极重要的经济意义。而微波辅助磁矩翻转的提议已经得到了许多实验验证，微波辅助降低矫顽场已有趋势发展成为磁学领域的一个重要专题方向。另获得的最优磁化脉冲的精确解形式，确信也会对今后的磁学实验及信息工业界提供重要的理论依据，对今后的低能、快速读写磁头工业前景具有重要的指导意义。此外，孙周洲提出的通过调节优化电流自旋极化方向，从而降低自旋极化电流驱动磁化方式下的临界电流值，为解决此工业技术瓶颈提供了一个重要的理论解决方案。

目前孙周洲即将开展的是2013年国家自然科学基金面上项目：自旋转移矩微波发生器的最优构型的理论分析及模拟。他充满信心地说，纳米磁电子学是一个新兴学科，对于我国信息产业赶超国际信息工业的新一轮发展具有极重要的意义，因此如果能增加投入，吸引更多优秀的学者、年轻人从事这一方向的理论及实验研究，提出及制造新型的自旋功能器件，势必能为我国的信息工业发展带来巨大的生命力。

未来他仍将把工作的重心放在纳米磁电子学的理论研究，在自旋极化电流驱动磁矩翻转这一当前凝聚态物理最前沿之一的课题上探索与前行。

结语：

人类从古代科学时期对科学认识的直观，到近代科学时期对科学认识的分化，再到现代科学时期，科学的发展正逐渐把人为分解的各个环节又重新整合起来。近100多年间，交叉科学正消除着各学科之间的脱节现象、填补了各门学科之间边缘地带的空白、将条分缕析的学科联结了起来，而越来越多的学者正综合运用多种学科的理论和方法研究复杂的客体，不遗余力的践行着科学的整体化。孙周洲，我们期待他带给我们更多的惊喜。