編者按

自1988年建系以來，beat365穩步發展，清華材料人砥砺奮進奉獻始終。值此建黨100周年和清華大學110周年校慶即将到來之際，beat365宣傳中心、研究生團總支、研究生會等多個部門聯合，緊密圍繞「強國有材，校友榜樣」主題，開設beat365“校友專訪”系列采訪，通過采訪beat365傑出校友及老師，傳遞清華材料人的榜樣力量，為培養高素質、創新型材料人指路引航。

第四期校友專訪︱畢磊

2000-2006年，清華大學材料科學與工程系，獲工學學士，碩士學位 。

2006-2011年，麻省理工學院材料科學與工程系，獲博士學位 。

2011-2013年，任職于Micron Technology Inc。2013年至今任電子科技大學教授，博士生導師。研究方向為半導體上的新材料集成。

認知：本科階段的學習

談及在清華的本科學習，畢磊學長頗有感慨。他深刻認識到材料這個專業綜合性很強，需要數學、物理、化學等理論背景，給我們提供更多科研方向的選擇的同時，也對學科基礎提出了很高的要求，不過由于時間有限，本科階段材料專業的課程學習存在着廣而不精的特點，但這并不意味着這就是一件壞事。大學提供給學生的不僅僅是知識，其更主要的目的是培養學生的學習能力，拓展學生的視野。大學期間，一般本科以通識教育為主，旨在構建知識體系。學生到研究生時再選擇某一領域繼續鑽研下去。學習是終身進行的事情，很多時候學習方法比知識本身重要。

對于基礎課程的學習，畢磊學長也有着自己獨特的理解。他認為基礎課是基本工具，内容相對枯燥，但是基礎課程的内容所有産業應用的理論基礎。例如，法拉第發現了大量電磁現象，麥克斯韋給出了其數學诠釋，提出麥克斯韋方程組，用數學解釋電磁學關系，完成了電磁學的統一，因此後人評價其做出了非常大的貢獻。此外，沒有必要糾結于工具内容是否能夠得到理解，很多内容到了使用的時候自然而然就能夠得到理解。

選擇：科研方向的确定

材料專業的學生在科研方向選擇、科研的意義和價值和自身是否适合科研道路等問題上或多或少都經曆過一段迷茫期。對于這些問題，畢磊學長給出了兩條建議：

第一個建議是多花時間去嘗試，如參加系裡老師的SRT，盡自己最大的努力去投入。大學期間，參與了科研訓練之後，不要簡單的跟着師兄師姐做事情，科研訓練的實質是科學思維的訓練，而非簡單的實驗技能訓練。不同于從小學到本科的學習方法，科學研究是開放的，很多問題需要用歸納的方法去解決，進而培訓科學的思維。通過文獻調研、設計實驗達到想要的成果，完成整個項目的過程對自己思維的訓練是極大的。

第二個建議是時刻關注世界範圍内自己科研領域總體上面臨的重大問題與挑戰。要結合實驗室條件，思考能做什麼，進而關注某一個具體問題的突破與發展，試圖找到問題的答案。科研需要堅持，不可能是一帆風順的，苦戰方能過關。堅持過黎明前的黑暗，可以學到很多東西，思考開放問題的能力，挑戰關注領域的難題，收獲科研成果時的喜悅，都是超過科研本身的收獲。

關于是否選擇熱門方向的問題，畢磊學長的認識也很深刻。他談到，科研确實喜歡集中在一些新的、熱門的科學和技術問題上，因為那裡才有新的可能性。但所有的技術都會經曆一個輪回，從熱門到一個拐點的過程會将泡沫去除，沉澱下真的技術而實現産業騰飛。所以不僅要能做熱門的東西，還要經曆得住從熱門到冷門的寂寞，才能最終有所成就。

鑽研：科研探究的曆程

畢磊學長的研究方向是磁性材料與相變材料，他研究磁性材料的時間相對而言比較長，從博士階段就開始了。因而對于磁性材料，畢磊學長分享了很多。

現階段，所有的器件如激光器、調制器、探測器都在陸續芯片化，但是磁性的光電器件現在還沒有集成化，稱為集成光電子領域的本征難題，也是集成光學裡缺失的最後一環。器件用量如此巨大，卻全是分立器件（用大塊的晶體組裝起來，就像我們看到的鏡頭、透鏡拼起來粘起來），給未來的發展帶來非常大的難題。此外，到現在為止這類分立的器件中國仍然無法獨立制造，在材料和器件的制備上都存在重大問題。比如光隔離器和環行器，大概每年有八千萬隻都供給中國，但其中沒有一隻是中國完全獨立自主生産的，關鍵材料和部件都是進口美國和日本的，其中美國占65%，日本占35%。實現磁性光電器件的半導體集成可以解決這些問題，進一步還決定着磁性材料能不能跨越現在的技術時代，進入到未來的集成光學系統中。

現階段為了實現集成化，大多數科研工作者采用的辦法是用鍵合，将做好的單晶直接粘上去，但是這種方法很難實現大規模生産。經過長期的科研探索，畢磊學長團隊實現了一種新的方法來達成集成化的目的，他們采用的辦法是讓材料直接在基底生長，進而在尺寸上可以更加細化，也可以實現大規模的、并行的制備。通過一些流片的實驗和測試，畢磊學長自信地認為他的團隊目前做出的器件是可見報導裡性能最好的，已經處于在國際上相對領先的水平。未來若能實現産業化，則會為我國解決一個卡脖子的問題。

而畢磊學長并沒有止步于此，現階段他的工作不僅限于制備目前技術框架下的核心器件，例如光隔離器和環行器，他還在探索磁性器件的集成化帶來的其他領域的很多新的可能性，例如，将磁性的材料集成之後還可以使用磁性的動态特征，用來做一些信号的處理。除此以外還可以做光磁集成，這一方向畢磊學長進行了詳細的介紹。

他解釋到，光是一個相幹體系，而半導體中電子的相幹性并沒有那麼強。把電子激發到半導體的導帶上之後，很快就會發生聲子散射，從而喪失其相幹性。在未來的量子體系中，需要相幹系統的信号去傳輸，而光和磁是相幹的，所以光磁集成非常重要的意義在于：信号可以從一個相幹體系轉化到另一個相幹體系，這是非常重要的性質。畢磊學長敏銳地認識到了這些，而這也是他正在研究的方向，将來或許會有更大的成果産出。

展望：磁性材料的未來

從半導體技術的發展曆史來看，光與磁的結合引人注目。回顧微電子和光電子的發展，微電子一開始也是分立的器件，後來集成到了芯片上；光電子一開始也是分立，如大的光纖等部分，後來也逐漸集成。磁學最開始也在做集成，如磁帶錄像帶等，但是走了不太一樣的路線，後來用了磁頭和磁盤進行讀取。

但是現如今，半導體材料無論是存儲的大量性還是成本的低廉性，都在超越傳統磁存儲。因而如今磁性材料開始往自旋電子學方向發展，利用spin transfer torque(自旋轉移力矩)和spin orbit torque（自旋軌道力矩），用電流翻轉磁矩，用于存儲，實現與微電子芯片的融合。如今集成光電子技術處于騰飛期，磁學也要和光電子芯片結合，然而相關的研究還不多。畢磊學長認為這一領域相當廣闊，未來的影響也會相當深遠。

引路：對後輩們的寄語

材料科學的科研是實用性導向的，涉及内容非常多，包括材料設計、材料制備、材料應用等，從基礎理論開始科研，到制備出材料和最終做出器件，戰線非常長，需要科研人員足夠的覺悟和堅定的決心。作為科研人員，我們不能短視地隻以發文章為導向，最好能夠把自己所做的這個領域發掘到底，從材料制備、性能測定到工業化應用整個流程走到底。最重要的是，一定要把握材料研究的出發點，不忘初心。