互动科普

1995年，诺基亚采用2110型移动电话和数据蜂窝卡，在中国实现第一个无线数据电话通讯业务，并在中国引入“科技以人为本”的销售和服务理念，当时让笔者感受颇深。

回顾历史，数千年前人类就已经认识到，自然界中存在一种矿石(磁石)，可以吸引铁制器物。一千年前，人类利用地磁场分布和天然磁石的特性，发明了司南和航海指南针，促进了文明和社会的进步。一千年后，以小小的诺基亚手机为例，人类发明了集成半导体技术及电磁元件，利用高频电磁波、微弱信号识别和GPS定位系统等无线移动通信技术，实现全球性的精确定位和通讯联系。一只便携式手机，未来就可将通讯、计算机、商务、摄影、录像、影视、娱乐、卫星或地磁场GPS定位系统等功能集于一身，成为人人拥有的现代化助手。

科技进步的历史表明，人类不仅生活在一个分布着地磁场和电磁波的宇宙空间里，还生活在由各式各样电磁元器件组成的世界中。

1785年，法国物理学家库仑提出电子间库仑相互作用，人们才发现磁性相互作用也服从与电场类似的规律，这是人类第一次对自然界的磁性相互作用有了定量的描述。

从19世纪到20世纪初，通过奥斯特、安培、韦伯、法拉第、麦克斯韦、居里、朗之万等众多物理学家的努力，人们逐渐认识了磁现象的电本质，将电场和磁场相互统一起来，为大规模利用磁性物质提供了坚实的物理和实验基础，并将已发现的磁性物质划分为铁磁性、亚铁磁性、螺旋磁性、顺磁性和抗磁性等等。从19世纪到20世纪初，科学家将电场和磁场统一起来，为大规模利用磁性物质提供了坚实的物理和实验基础。装配有软硬磁体的发电机、变电器将人类从蒸汽机时代推进到电气化时代。

20世纪初期和中叶，波恩、玻尔、薛定谔、海森堡、斯特恩、拉比、泡利、布洛赫、塞曼、狄拉克、兰姆、郎道、穆斯堡尔等众多物理学家创立和发展了量子力学，先后将电子的自旋、质子和中子的磁矩、原子核的磁矩与宏观物质的磁性联系到一起，成功地揭示了各种物质磁性的起源及其物理本质。冶金技术和合金成型技术的发展，使人们在20世纪里研制出磁钢、铁氧体、稀土永磁等数代多种人工合成永磁体，并成功应用和服务于人类社会生活的各个方面。同时，生物和医学研究发现了人体中的铁等磁性元素和生物磁电效应，进一步发明了核磁共振、心电图、心磁图、脑磁图等医学检测分析仪器，在人类健康方面扮演着重要的角色。而采用纳米和微加工技术制备的微型磁体和智能马达，未来可以通过外部无线调控，驱动微型手术器具出入动脉或静脉血管，甚至进入心脏、大脑以及其他器官，进行损伤程度最小的复杂手术，帮助患者根除血栓肿瘤等疾病。

半导体工业发展迅猛

20世纪80年代，半导体工业技术的发展使科学家对人工合成磁性材料的研究深入到磁性纳米多层膜结构，并于1988年在Fe/Cr/Fe三明治结构及其周期性多层膜中发现了巨磁电阻（GMR）效应。随后，巨磁电阻材料很快被成功应用到了计算机硬磁盘（HDD）技术中的磁读头上，使计算机的磁纪录密度在10年内提高了3000倍以上，成本却降低了数千倍。1997年以来，已有50亿只GMR磁读头投入使用。利用现在的磁纪录硬盘技术，已经可以把目前北京国家图书馆的馆藏图书信息，全部保存在一具组合书柜大小的叠层式硬盘存储器中，这意味着“家庭图书馆”电子版藏书数以千万计很快就会梦想成真。基于GMR和隧穿磁电阻（TMR）材料生产的高存储密度和容量的台式计算机、笔记本计算机、数字摄像机、MP3、家庭影院等已进入千家万户；基于新型磁电阻材料的器件更是广泛应用于科技、工业和航空航天等领域，创造了信息采集、存储和处理的信息技术新时代。2007年诺贝尔物理学奖授予GMR效应的发明人费尔和格林贝格尔，成为磁学发展史中又一个光辉的里程碑。

人类文明没有哪一个时代像今天这样，如此广泛地利用磁性而又依存于此。磁性忠实地记录着人类文明的进程，并将代代传承。诚然，寸有所长、尺有所短，每个时代磁性材料及应用都会受到其他材料发展的挑战和比照，但随着对电子自旋、质子和中子的磁矩特性的认识，会在原子和更深层次的尺度上，为发展功能更先进磁性材料提供新的可能。

（本文发表于《科学世界》2008年第2期）