在当今电气化、信息化、智能化社会发展中，磁学与磁功能材料已成为电力电子、信息科技和国防安全领域的主要战略支撑点。实验室探索不断涌现的磁学新现象及其物理机制，发现新磁功能材料和新功能器件，基于材料磁结构与磁动力学原理，围绕电网低功耗运行、存算一体处理和智能系统的智能感知凝练出：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、磁信息感知材料与器件四个重点研究方向。具体关系见实验室研究方向框图1。

 

图1 实验室研究方向框图

        方向一：磁结构与磁动力学

      磁性材料的功能性主要体现在磁导率、剩余磁化强度、矫顽力、最大磁能积、温度系数等，而这些属性均与磁性材料内部的微观磁结构以及磁动力学过程密切相关。同时，从关联电子系统和量子角度理解磁性，可以更好的揭示磁性与电极化之间的内在耦合机制。因此，深入研究磁结构和磁动力学并揭示其微观机制成为了开发先进磁功能材料的核心基础。其中，高频磁动力学是磁性材料在高频电力电子器件应用中实现低损耗的物理基础；磁结构是信息存储的基本单元，磁信息写入和擦除的物理本质就是磁结构的产生和演化过程；在高灵敏磁传感应用中，则要通过研究材料的磁化和反磁化过程来降低噪声背底，通过优化磁结构提高传感灵敏度。因此，对磁性材料的磁结构与磁动力学的深入理解是实现高性能磁功能材料在具体场景应用的基础。

        方向二：能量转换高频软磁材料

      稀土资源是我国特有的战略性资源，其中大部分稀土资源用于稀土磁性材料中。基于稀土的软磁材料是兰州大学相关课题组首创提出的全新一类高频软磁材料。稀土软磁中的稀土元素主要是Ce、Y、Sm等高丰度元素，对我国稀土元素的平衡利用将产生积极影响，将有效解决我国高丰度元素过剩问题。近些年研究发现，将稀土软磁材料用于电磁能量转换过程中，可大幅降低输变电过程中的能量损耗问题。与SiC和GaN器件配合，将促进电力电子设备高频化，小型化、集约化、轻量化、节能减排等方向上的升级换代。雷达隐身技术的发展使得隐身目标在战场上的生存能力和突防能力得到了极大地提高，尤其在近十年的局部战争中发挥了重大的作用，影响了现代战争的模式和概念。隐身技术对吸波材料的综合要求是“薄、轻、强”即吸波材料厚度薄、质量轻、吸波性能强。为了满足这些要求，关键是研制出在工作频段（探测雷达基本上都工作在GHz频段）具有高磁导率的磁性吸收剂。

        方向三：信息磁存储与处理

      如何进一步打破冯·诺依曼架构下计算速度、能耗与信息存储密度所面临的瓶颈，是当前信息存储与处理领域亟待解决的核心问题。本研究方向主要基于新型磁记录介质，采用新型读写模式实现快速非易失数据读写和更高密度的磁存储，并结合基于非冯·诺依曼架构的非易失存算一体技术，有望实现低能耗、高速的类脑计算，从而解决上述瓶颈问题。在信息的传输过程中采用集成光电子芯片实现类似的信息操作和计算方案。

        方向四：磁信息感知材料与器件

      在高精度传感器方面，尽管传感器技术取得了很大进步，但在某些特定领域（如医疗诊断、环境监测等），高精度、高灵敏度的传感器仍然依赖进口，国内自主研发能力不足；在智能传感器方面，智能传感器需要具备自校准、自诊断和自适应能力，目前这些技术尚不成熟，尤其是在大规模应用方面。环境多物理量的感知需要通过转化为电信号才可进行传输与处理，磁信号也不例外。弱磁探测技术在国防、航天、资源勘探、生物医疗以及科学研究等领域有广泛的应用，近些年在各领域的弱磁探测需求的推动下更是取得了突飞猛进的发展。特别的在航天领域的弱磁探测要求在更低频的测试频段下具有更高的测试精度和更小的噪声水平。基于以上技术瓶颈，“磁信息感知材料与器件”方向基于高频磁动力学前沿成果，利用材料阻抗随磁场的变化突破微弱磁信号探测技术瓶颈，实现极高灵敏度磁传感。进一步基于柔性磁材料研究基础设计加工柔性磁材料与功能器件。