<p>劉路橋是那種寧愿把玩具拆開來看看它們是怎么工作的，也不愿按它們本來的樣子玩的孩子。</p> <p>&nbsp;</p> <p>好奇心一直是他一生的驅(qū)動(dòng)力，并將他帶到了麻省理工學(xué)院，劉是電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的新終身副教授，也是電子研究實(shí)驗(yàn)室的成員。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他現(xiàn)在使用新型材料和納米級(jí)制造技術(shù)來制造下一代電子產(chǎn)品，而不是把東西拆開，這種電子產(chǎn)品比傳統(tǒng)設(shè)備耗電少得多。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說，好奇心仍然派上用場(chǎng)，特別是因?yàn)樗退暮献髡咴谧孕娮訉W(xué)這個(gè)基本上未知的領(lǐng)域工作&mdash;&mdash;這個(gè)領(lǐng)域在20世紀(jì)80年代才出現(xiàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;我們工作中有許多挑戰(zhàn)需要克服。在自旋電子學(xué)中，從根本上來說，我們所能做的和目前已經(jīng)做的之間還有差距。在獲得更好的材料和找到新的機(jī)制方面，我們還有很多需要研究，這樣我們就可以達(dá)到越來越高的性能。&rdquo;劉說，他也是麻省理工學(xué)院- ibm沃森人工智能實(shí)驗(yàn)室的成員。</p> <p>&nbsp;</p> <p>電子是亞原子粒子，擁有一種被稱為自旋的基本量子特性。一種可視化的方法是想象一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺，它圍繞自己旋轉(zhuǎn)，這就給出了陀螺的角動(dòng)量。角動(dòng)量是旋轉(zhuǎn)陀螺的質(zhì)量、半徑和速度的乘積，也就是它的自旋。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然從技術(shù)上講，電子不像陀螺那樣繞軸旋轉(zhuǎn)，但它們確實(shí)具有相同的自旋。它們的角動(dòng)量可以指向&ldquo;上&rdquo;或&ldquo;下&rdquo;。工程師可以使用電子自旋的二進(jìn)制性質(zhì)，而不是在電子設(shè)備中使用正負(fù)電荷來表示二進(jìn)制信息(1和0)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>因?yàn)楦淖冸娮拥淖孕较蛐枰俚哪芰浚娮幼孕梢杂脕黹_關(guān)電子設(shè)備中的晶體管，比傳統(tǒng)電子設(shè)備耗電少得多。晶體管是現(xiàn)代電子的基本組成部分，被用來調(diào)節(jié)電信號(hào)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>此外，由于角動(dòng)量，電子表現(xiàn)得像微小的磁鐵。研究人員可以利用這些磁特性在計(jì)算機(jī)內(nèi)存硬件中表示和存儲(chǔ)信息。劉和他的合作者正致力于加快這一進(jìn)程，消除阻礙低功耗、高性能計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備的速度瓶頸。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>被磁力吸引</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>劉研究計(jì)算機(jī)內(nèi)存硬件和自旋電子器件的道路始于冰箱磁鐵。小時(shí)候，他想知道磁鐵為什么會(huì)粘在冰箱上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種早期的好奇心激發(fā)了他對(duì)科學(xué)和數(shù)學(xué)的興趣。隨著他在高中和大學(xué)鉆研這些學(xué)科，學(xué)習(xí)了更多關(guān)于物理、化學(xué)和電子學(xué)的知識(shí)，他對(duì)磁性及其在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用的好奇心加深了。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)他有機(jī)會(huì)在康奈爾大學(xué)攻讀博士學(xué)位，并加入一個(gè)研究磁性材料的研究小組時(shí)，劉找到了完美的匹配。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;在接下來的五六年里，我一直在尋找新的、更有效的方法來產(chǎn)生電子自旋電流，并利用它將信息寫入計(jì)算機(jī)磁性存儲(chǔ)器。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然他對(duì)研究世界很著迷，但他想嘗試一下在工業(yè)領(lǐng)域的職業(yè)生涯，所以他在研究生畢業(yè)后加入了IBM的T.J.沃森研究中心。在那里，他的工作重點(diǎn)是為計(jì)算機(jī)開發(fā)更高效的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器硬件。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;讓一些東西最終以商業(yè)形式運(yùn)行是非常重要的，但我發(fā)現(xiàn)自己并沒有完全投入到這種微調(diào)工作中。我想展示非常新穎的工作的可行性&mdash;&mdash;證明一些新概念是可能的。&rdquo;劉說。他于2015年加入麻省理工學(xué)院擔(dān)任助理教授。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p><strong>材料問題</strong></p> </blockquote> <p>&nbsp;</p> <p>劉最近在麻省理工學(xué)院的一些工作涉及使用納米級(jí)反鐵磁材料構(gòu)建計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。反鐵磁材料，如錳，含有離子，由于電子自旋而起到微小磁鐵的作用。它們自行排列，使&ldquo;向上&rdquo;旋轉(zhuǎn)的離子和&ldquo;向下&rdquo;旋轉(zhuǎn)的離子彼此相反，因此磁性相互抵消。</p> <p>&nbsp;</p> <p>由于不產(chǎn)生磁場(chǎng)，反鐵磁材料可以更緊密地堆積在存儲(chǔ)設(shè)備上，從而獲得更高的存儲(chǔ)容量。Liu解釋說，他們?nèi)狈Υ艌?chǎng)意味著自旋狀態(tài)可以在&ldquo;向上&rdquo;和&ldquo;向下&rdquo;之間快速切換，所以反鐵磁材料可以比傳統(tǒng)材料更快地切換晶體管。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在科學(xué)界，人們一直在爭(zhēng)論是否可以用電來改變這些反鐵磁材料內(nèi)部的自旋方向。通過實(shí)驗(yàn)，我們證明了你可以做到。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在他的實(shí)驗(yàn)中，劉經(jīng)常使用幾年前才發(fā)明的新材料，所以它們的所有特性還沒有被充分理解。但他喜歡將它們集成到設(shè)備中并測(cè)試其功能的挑戰(zhàn)。找到更好的材料來利用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的電子自旋，可以使設(shè)備消耗更少的能量，存儲(chǔ)更多的信息，并將這些信息保留更長(zhǎng)的時(shí)間。</p> <p>&nbsp;</p> <p>劉利用了麻省理工學(xué)院的尖端設(shè)備。Nano是一個(gè)共享的21.4萬平方英尺的納米級(jí)研究中心，用于建造和測(cè)試納米級(jí)設(shè)備。他說，指尖擁有如此先進(jìn)的設(shè)備對(duì)他的研究是一種福音。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但對(duì)劉先生來說，人力資本才是他工作的動(dòng)力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;同事和學(xué)生是麻省理工學(xué)院最寶貴的部分。能夠討論問題，與世界上最聰明的人交談，這是做這份工作最令人愉快的經(jīng)歷。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他、他的學(xué)生和同事正在推動(dòng)自旋電子學(xué)這個(gè)年輕的領(lǐng)域向前發(fā)展。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在未來，他設(shè)想使用反鐵磁材料與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出能夠?qū)崿F(xiàn)更好性能的混合計(jì)算設(shè)備。他還計(jì)劃更深入地研究量子技術(shù)。他說，例如，自旋電子學(xué)可以用來有效地控制量子電路中的信息流。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在量子計(jì)算中，信號(hào)隔離是至關(guān)重要的&mdash;&mdash;從量子電路到外部電路的信息只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。他正在探索一種被稱為自旋波的現(xiàn)象的使用，這是磁性材料內(nèi)部電子自旋的激發(fā)，以確保信號(hào)只向一個(gè)方向移動(dòng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>無論他是在研究量子計(jì)算還是探索新材料的特性，有一件事是正確的&mdash;&mdash;劉繼續(xù)被永不滿足的好奇心所驅(qū)動(dòng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;我們正在不斷探索，深入研究許多令人興奮和具有挑戰(zhàn)性的新課題，以實(shí)現(xiàn)使用自旋電子器件制造更好的計(jì)算存儲(chǔ)器或數(shù)字邏輯設(shè)備的目標(biāo)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>