扎根西部，磁砺芳华——兰州大学磁学学科的发展历程与时代使命

|作者：磁学与磁功能材料教育部重点实验室

本文选自《物理》2026年第9期

在兰州大学物理科学与技术学院建院80周年之际，借此对兰州大学磁学专业的发展历程进行回顾，望向磁学开拓者们致敬，并一同追忆“自强不息、独树一帜”的校训精神。兰大磁学作为中国现代磁学教育与研究体系的发源地之一，其发展历程深刻烙印着国家战略布局与磁学学科发展的印记。从20世纪50年代在国家扶持下起步，在杨正、李发伸、葛世慧等先生带领下，在磁记录与微观表征领域形成独特优势，再到新世纪面向国家重大需求完成教育部重点实验室的升级，兰大磁学始终坚守在祖国西北大地，为国家建设培育优秀人才，为我国磁学学科发展与基础物理研究献力。

01

肇基起步：国家布局下的正规化建设与学科奠基

(20世纪50年代中期—1979年)

兰大磁学的正规化建设，是新中国建立自主科学体系、挺进科学深水区的缩影。1956年，国家制定《十二年科学技术发展远景规划》，磁学因其“基础积淀深厚、国家战略需求巨大”的双重属性，被明确列为重点发展的物理学分支。为迅速打破人才匮乏的瓶颈，教育部决定在北京大学、南京大学、东北人民大学(吉林大学)、山东大学和兰州大学这五所具有深厚理科底蕴的高校设立磁学专门化。自此，兰大磁学正式跻身中国磁学教育与研究的“五校国家队”[1]。

事实上，兰州大学在磁学教育方面的先觉与布局早于国家规划的发布。早在1954年，兰大前瞻性地开始招收磁学专门化学生(54级第一届磁学专门化毕业生共19人)，其中磁学专门化由杨正先生负责(图1)。1955年，著名物理学家徐躬耦先生受国家重托，从南京大学奉调西迁，负责筹建兰州大学物理系，建立磁学、金属物理、半导体和无线电物理等多个物理学二级专业。1956年开始，兰大磁学专业开始招收研究生，1956年首批入学的磁学研究生中，有3位获得副博士学位[2]。

图1 兰州大学江隆基校长和磁学专业的学生座谈、合影(20世纪50年代磁学专业成立初期)

1957年，是对兰大磁学发展具有重大意义的里程碑式的一年。受国家高等教育部委派，苏联磁学专家巴尔费诺夫在兰州大学举办了为期一年的磁学培训班。这吸引了前述国内五所设立磁学专门化的部属高校师生齐聚兰州，在黄河之滨展开了系统化的磁学理论与实验方法学习。

巴尔费诺夫专家的悉心指导，使中国的磁学研究从早期留学归国人员零星、分散的探索状态，转向由国家统一主导的正规化、体系化人才培养模式。巴尔费诺夫也因在兰大的卓越贡献，荣获了由周恩来总理亲自签发的国家友谊纪念章(中国政府友谊奖前身)(图2)。

图2 兰州大学江隆基校长(书记)代表周恩来总理向苏联专家巴尔费诺夫颁发国家友谊纪念章

1954年的磁学专门化与1957年的苏联专家培训班，帮助兰大的磁学队伍壮大，逐渐建立起一套完整的教学体系与科研范式，也为后续几十年兰大在磁记录、微观磁性表征等领域的“独树一帜”埋下伏笔。1956年，杨正先生从兰大物理系毕业后留校任教，一直致力于磁学科学研究。1962年，毕业于兰大磁学专业的屠国华和李发伸留校，与时为磁学领域领军人的杨正先生一同，从事磁学专业教学和科研工作。

这一阶段，杨正、李发伸等前辈扎根西北，潜心教学与科研，推动兰大磁学的研究领域不断拓展。早期磁学研究涉及铁氧体材料、锰合金、坡莫合金、硅钢片等体系，以及磁性测量、磁性分析等基础工作。20世纪60年代中期，学科开展计算机磁芯存储器研制，后续逐步开展热压和热等静压铁氧体磁头材料、高饱和磁化强度铁基软磁膜及MIG磁头、颗粒膜和多层膜巨磁电阻效应及磁电阻磁头、高密度记录用磁粉和薄膜介质等研究。磁记录模式、介质反磁化机理、磁记录物理与技术成为主要研究方向。1973—1975年，李发伸和杨正等人完成了“化学共沉淀法制备软磁铁氧体”的科学研究。1978年，热压铁氧体相关研究成果获得全国科学大会嘉奖(图3)。李发伸和张一德共同研制的“铁磁材料核磁共振波谱仪”，学校于1979年将其作为重大科研成果上报教育部。

图3 磁学团队代表性荣誉奖项及科研成果展示

该时期，兰大磁学在艰苦条件下坚持基础研究与应用探索，初步形成以磁记录材料和磁性测量为核心的研究方向，为改革开放后学科的恢复提升与平台建设奠定了基础。

02

蓄势腾飞：跻身“国家队”与特色研究平台的构建

(20世纪80年代—2000年)

进入20世纪80年代，改革开放的春风吹遍大江南北，中国科技事业迎来了“科学的春天”。磁学作为信息存储、能源转换及国防安全的核心学科，是支撑电子信息、先进制造、航空航天等关键领域发展的基础，在国家现代化建设与科技自立自强中具有不可替代的战略地位。而这一时期，国家对磁学材料与器件提出迫切需求，磁记录材料、永磁材料、软磁材料、微观磁性表征与磁性能调控成为国内磁学研究的核心方向，也是兰大磁学重点攻坚的领域。兰大磁学建设迎来“二次崛起”[3]。

依托既有研究优势，兰大磁学团队主动对接国家产业发展需求。围绕国民经济和新技术对高性能、新型磁性材料的需求，团队开展了高性能永磁铁氧体、永磁合金和稀土永磁合金及其他类型新型材料的研究。这一时期，兰大磁学团队在国家急需的磁记录技术领域，由杨正先生领衔的团队对垂直磁记录介质及磁头开展了开拓性研究，其主持的“垂直磁记录技术研究”国家“六五”科技攻关项目，在1986年获得了国家四部委的联合表彰，杨正先生于同年编著出版的《磁记录物理》，成为国内该领域的奠基性专著，也确立了80年代兰州大学在磁记录领域的领先地位。1987年“热等静压铁氧体研制”完成国家科技成果登记，国家科委批准，杨正先生成为国家有突出贡献的专家(兰大仅两人，另一位为地学李吉钧院士)。其科研成果已达同时期同类产品的国际先进水平。兰州大学磁学团队凭借深厚的学术积淀，也正式跻身磁学研究的“国家队”序列。1986年，经国家教委批准，兰州大学正式成立磁性材料研究所，由杨正教授担任首任所长。

在应用研究不断突破的同时，团队进一步向材料微观机理纵深探索。兰大磁学团队利用高等学校的优势，紧密结合研究前沿，开展了材料的微观结构与宏观性能关系的基础研究。张一德教授自行研制成功国内第一台核磁共振自旋回波波谱仪；由德国大众汽车基金会资助，李发伸教授牵头建成了国内第一个高压穆斯堡尔实验室，成为国内唯一拥有核磁共振仪和穆斯堡尔谱仪两种测试材料微观结构仪器的研究单位。用穆斯堡尔效应和核磁共振技术，研究磁性材料内超精细相互作用，复杂结构材料的相成分和相变，原子和离子的占位分布，分析间隙原子对结构、磁性、超精细场及稳定性的影响。对材料的研究深入到分子、原子的层次来阐明微观结构与宏观磁性的关系。近年来，基于微磁学基础的磁性材料的磁化及反磁化行为的计算机模拟，基于能带理论的材料结构与磁性的计算均取得了较大的进展。实验室研制的微机控制穆斯堡尔谱数据采集、拟合系统，使穆斯堡尔效应的测试分析手段达到了国际水平。1993年，实验室获国家教委批准成为应用磁学部门开放实验室。在时任校长李发伸教授的带领下，实验室利用微观磁性表征技术等“微观探针”系统性地应用于钕铁硼(NdFeB)等稀土永磁材料的分析中，成功揭示了强磁性的物理起源与微观机制，获多项省部级科技奖励，更在国际磁学界树立了兰大“微观磁性表征”特色研究的学术名片。

面向国际磁学前沿，兰大磁学积极跟进并参与颠覆性技术研究。1988年，法国科学家Albert Fert和德国科学家Peter Grünberg分别独立发表关于GMR的开创性文章，这两篇文章使两位科学家获得2007年物理学诺贝尔奖。兰州大学葛世慧教授和中国科学院物理研究所赖武彦教授合作，在国内最早开展了人工反铁磁多层膜的研究，并发表了相关成果[4]。

1980—1990年，兰州大学的人才培养体系同步完善。1981年，物理系形成本科—硕士—博士完整培养体系，磁学作为核心方向得到重点发展。学校推行“理论+工程+产业”三位一体的培养模式，本科阶段开设磁学基础、磁性材料、磁记录物理等核心课程，研究生阶段强化材料制备、表征及器件应用能力培养，鼓励本科大三学生进入实验室参与国家“六五”“七五”科技攻关项目，并与电子工业部、中国科学院及相关磁记录企业开展联合培养、实习实训与课题攻关。为与国际接轨，实验室积极选派师生赴美国、日本、德国进修合作，明确面向磁存储、磁传感、磁性材料领域培养工程与研发人才，精准对接国际行业需求。这一时期毕业的众多兰大磁学专业校友，广泛活跃于国际磁存储行业，例如担任希捷、西部数据、日立存储、Everspin Technologies等国际龙头企业的高级管理人员和核心技术人员。同时也为兰大校友企业在磁传感行业的发展奠定了基础，例如91级校友王建国和93级校友白建民创立了希磁科技公司，87级校友库万军创立了华夏磁电子等国内磁传感知名企业。

2000年，经过评估，应用磁学部门开放实验室正式定名为“磁学与磁性材料教育部重点实验室”，标志着兰大磁学进入了稳定发展与持续跃升的黄金期。兰大磁学以此为基石，通过杨正、李发伸、葛世慧等一代代学者的接续奋斗，完成了从应用技术开发到微观机理探索的深度融合，这一时期的核心贡献在于对“微观磁性表征”学术标签的锻造，团队将核磁共振、穆斯堡尔谱等微观能量探针与高性能磁性材料研究紧密结合，确立了兰大在微观机理领域不可替代的学术地位，为国家磁性材料产业的发展和磁学相关行业人才培养贡献了关键力量。

03

深耕突破：重点实验室深化发展与前沿方向开拓

(2000年—21世纪20年代初)

跨入21世纪，兰大磁学在教育部重点实验室的新平台上，进入了底蕴传承与转型创新的深度交汇期，杰出青年基金项目获得者薛德胜教授担任实验室主任一职。

传承底蕴，开启转型创新新阶段。在继承杨正、李发伸、葛世慧等前辈研究的基础上，实验室在李发伸、葛世慧、薛德胜教授的带领下，加入国家某973项目的研究团队，开创了实验室的高频软磁材料研究方向。实验室在国内最早开展高频软磁薄膜研究，开发了高频磁性薄膜测试方法，在此基础上，2012年实验室主任薛德胜教授作为首席科学家，整合国内中国科学院物理研究所、金属研究所、电子科技大学、厦门大学等优势团队牵头获批国家重大科学研究计划“高频磁性纳米材料的电磁性能调控及其在磁性电子器件中的应用(2012CB933100)”，该项目为兰州大学获批的首个同类项目。兰大团队展开了长达十余年的系统攻关，在国内率先开辟了“高频软磁材料”这一战略方向。实验室首创性地提出了“易面型”稀土高频软磁材料的双各向异性工作模型，从物理原理上破解了材料突破传统Snoek极限、实现高频高磁导率的瓶颈。2019年实验室李发伸教授牵头申报的“易面各向异性稀土-3d金属化合物高频磁性能研究”获批稀土科学技术奖基础研究类一等奖(图4)。同年，面向MHz电力电子用高频软磁材料“卡脖子”难题，薛德胜教授带领团队提出“磁畴二维序构软磁金属复合材料的MHz大功率能量转换研究”项目，并获批国家自然科学基金委重大研究计划项目。

图4 磁学团队荣获2019年中国稀土学会和中国稀土行业协会颁发的稀土科学技术一等奖

这一阶段，学科在巩固传统研究优势的同时，完成向高频磁性领域的战略拓展。面对MHz-GHz高频段对低损耗磁性材料的需求开展系统研究，兰大磁学实现了从“理论牵引”到“服务国家战略”的闭环，也使其在这一领域稳居国内领先、国际知名的学术梯队。这项工作先后获得国家重点研发计划与国家自然科学基金委重大研究计划的支持，并荣获甘肃省自然科学奖及稀土科学技术奖，为实验室面向国家战略开展有组织的科研攻关，树立了良好的研究范式。

04

守正创新：国家战略导向下的学科重组与升级

(21世纪20年代中期至今)

步入21世纪20年代，全球科技竞争格局发生深刻变革。面对信息化、智能化以及国防安全领域对高性能磁性材料日益迫切的“卡脖子”攻关需求，兰州大学磁学学科审时度势，主动开启了原有教育部重点实验室的战略性重组与转型升级。

重大攻克，突破关键领域瓶颈。2022年，由兰州大学牵头，北京大学、北京航空航天大学、浙江大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所共同参与的国家“十四五”重点研发计划——“稀土新材料”“新型易面型稀土基高频材料开发及应用研究”专项正式获批立项。实验室薛德胜教授为项目负责人，王涛教授为兰州大学课题负责人，李发伸教授、席力教授和乔亮副教授为科研骨干。项目针对电力电子、5G通讯等领域对高性能高频软磁材料的迫切需求，研发兼具高饱和磁化强度和磁各向异性丰富可调的易面稀土基高频软磁材料，实现MHz-GHz下高磁导率和高功率密度的重大科学目标。同年，柴国志教授为项目负责人，兰州大学物理、信息、地矿等专业团队教师联合中国科学院上海微系统与信息技术研究所、松山湖材料实验室获批磁传感器方向国家重大项目。

在磁结构与磁动力学领域，兰大磁学团队通过瞄准自旋电子学的核心基础前沿展开了系统性攻坚。团队跳出传统框架，创新性地建立了基于矢量序参数的张量分析模型，实现了理论上的重要突破[5]；而在更为前沿的磁动力学探索中，团队在国际上首次揭示了携带可调轨道角动量(OAM)且具备抗磁阻尼特性的扭曲磁振子束[6]，并进一步提出了利用电压诱导DMI矢量反转产生“磁并矢子力矩”的新机制，为实现超低功耗面内磁翻转提供了全新的物理路径[7]。这一系列相继发表于《自然·通讯》与《物理评论快报》的标志性成果，并非孤立的突破，而是由点及面地构筑起了“基础输运理论—拓扑物态调控—低功耗器件设计”的完整学术链条，系统性地彰显了兰大磁学在推动自旋电子学向高频、拓扑、低功耗演进过程中的前沿引领力。

在信息存储与处理领域，团队取得了一系列具有里程碑意义的实质性进展。在基础磁序探测与动力学表征层面，研究人员利用ST-FMR技术首次在金属反铁磁RuO2中确证了非共度自旋密度波(IC-SDW)的存在，并借由自旋波布拉格散射揭示其巡游电子起源，一举奠定了反铁磁动力学研究的全新实验范式[8]。在界面输运调控与器件材料工程层面，团队巧妙地在铁磁合金与拓扑绝缘体界面引入原子级中间层，通过协同增强拓扑表面态保护与额外Rashba效应，成功将单向自旋霍尔磁电阻(USMR)提升了一个数量级，为高信噪比磁随机存储器(MRAM)的研发打通了关键的材料工程路径[9]。尤为瞩目的是，在跨场耦合机 制与自旋声学逻辑层面，团队不仅从实验上证实了声学自旋旋转(ASR)及逆声学自旋霍尔效应(IASHE)[10]，更深刻揭示了界面自旋—轨道相互作用驱动下自旋流与晶格振动(声子)间的强动态耦合[11]。这一系列工作在物理上完美实现了自旋角动量与声子角动量双向高效转换的图像闭环，为未来创制革命性的低功耗自旋声学逻辑器件夯实了理论与实验根基。

建制改革，实现学科定位跃迁。为积极响应国家“十四五”规划、制造强国及网络强国战略，实验室在2024至2025年间完成了关键的建制化调整，正式更名为“磁学与磁功能材料教育部重点实验室”。此次更名不只是字面上的改变，它代表着学科定位的重大跃迁。重建后的实验室定位于面向世界科技前沿与国家重大需求，旨在弱磁信号探测、存算一体架构中的热壁垒挑战，以及高效高频电能转换等核心瓶颈领域，打造取得原创性重大突破的国际一流创新平台。

在科研布局上，实验室实现了从“宽泛覆盖”向“精准聚焦”的战略收缩与强化，确立了四个紧密关联、互为支撑的核心研究方向：磁结构与磁动力学、能量转换高频软磁材料、信息磁存储与处理，以及磁信息感知材料。这一方向布局涵盖了从基础理论、关键材料到核心器件的全链条研究，力求在物理机理的原始创新与关键技术的自主可控上双向发力。

近年来，实验室硬件条件与人才队伍同步提升。榆中校区数理核组团约5000平方米现代化科研空间已投入使用，长江讲席教授刘小晰等多位国家级人才相继加入，实验室科研条件与团队力量显著提升。重建期间，实验室累计获批国家重大科研任务经费超3500万元，在PRL等国际权威期刊发表多项高质量成果。值此物理学院建院80周年之际，重组后的磁学与磁功能材料教育部重点实验室，正以更加务实聚焦的姿态扎根西北，围绕国家急需开展攻关，为实现磁功能材料领域科技自立自强扎实推进。

05

总 结

兰州大学磁学学科的发展，是伴随国家磁学事业布局、在西部艰苦条件下稳步建设的成长历程。自1957年苏联专家培训班奠定学科基础，到改革开放后跻身国内磁学研究重要平台，再到新世纪承担多项国家重大科研任务，兰大磁学始终立足国家需求，逐步形成以磁记录物理、微观磁性表征、高频软磁材料为核心的研究特色，为我国磁学领域培养了大批专业骨干与领军人才，成为兰州大学物理学科的重要优势方向。

站在物理学院建院80周年的节点，重组升级后的磁学与磁功能材料教育部重点实验室，进一步聚焦磁动力学、高频磁功能材料、磁信息存储与感知等关键方向，整合多学科资源开展从基础研究到器件应用的全链条攻关。磁砺芳华，初心如磐，未来，兰大磁学人将继续秉持“独树一帜”的科研品格，扎根西部、坚守实干，围绕国家关键材料与器件技术需求，强化特色优势、完善人才培养体系，以务实攻关支撑我国磁学领域高质量发展与科技自立自强。

致 谢本稿件在撰写过程中，得到了兰州大学新闻学院孙浩杰同学在语言润色与文字校对方面的宝贵帮助，特此致谢。

参考文献

[1] 李发伸，杨正 . 兰州大学磁学专业简介 . 见：赵见高 主编 . 20世纪中国的磁学和磁性材料纪念册，1999. 103-104

[2] 兰州大学物理科学与技术学院院志.兰州大学出版社，2021

[3] 孙洪庆. 现代磁学在中国的建立与发展(1900—1985). 博士毕业论文，中国科学技术大学，2010

[4] 阎明朗，库万军，葛世慧 等. 科学通报，1994，39(14)：1277

[5] Miao Y， Sun J，Gao C et al. Phys. Rev. Lett.，2024，132：206701

[6] Jia C， Ma D， Schäffer A F et al. Nat. Commun.，2019，10：2077

[7] Yu D， Ga Y， Li P et al. Phys. Rev. Lett.，2024，133：206701

[8] Feng X et al. Phys. Rev. Lett.，2024，132：086701

[9] Zhang Q et al. Nat. Commun.，2024，15：9450

[10] Cao Y et al. Nat. Commun.，2024，15：1013

[11] Cao Y et al. Phys. Rev. Lett.，2025，135：246705

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兰州大学物理系(学院)建立80周年专题

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