<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動力，并將他帶到了麻省理工學院，劉是電氣工程和計算機科學系的新終身副教授，也是電子研究實驗室的成員。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他現在使用新型材料和納米級制造技術來制造下一代電子產品，而不是把東西拆開，這種電子產品比傳統設備耗電少得多。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說，好奇心仍然派上用場，特別是因為他和他的合作者在自旋電子學這個基本上未知的領域工作&mdash;&mdash;這個領域在20世紀80年代才出現。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;我們工作中有許多挑戰(zhàn)需要克服。在自旋電子學中，從根本上來說，我們所能做的和目前已經做的之間還有差距。在獲得更好的材料和找到新的機制方面，我們還有很多需要研究，這樣我們就可以達到越來越高的性能。&rdquo;劉說，他也是麻省理工學院- ibm沃森人工智能實驗室的成員。</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旋轉的陀螺，它圍繞自己旋轉，這就給出了陀螺的角動量。角動量是旋轉陀螺的質量、半徑和速度的乘積，也就是它的自旋。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然從技術上講，電子不像陀螺那樣繞軸旋轉，但它們確實具有相同的自旋。它們的角動量可以指向&ldquo;上&rdquo;或&ldquo;下&rdquo;。工程師可以使用電子自旋的二進制性質，而不是在電子設備中使用正負電荷來表示二進制信息(1和0)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>因為改變電子的自旋方向需要更少的能量，電子自旋可以用來開關電子設備中的晶體管，比傳統電子設備耗電少得多。晶體管是現代電子的基本組成部分，被用來調節(jié)電信號。</p> <p>&nbsp;</p> <p>此外，由于角動量，電子表現得像微小的磁鐵。研究人員可以利用這些磁特性在計算機內存硬件中表示和存儲信息。劉和他的合作者正致力于加快這一進程，消除阻礙低功耗、高性能計算機存儲設備的速度瓶頸。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>被磁力吸引</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>劉研究計算機內存硬件和自旋電子器件的道路始于冰箱磁鐵。小時候，他想知道磁鐵為什么會粘在冰箱上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種早期的好奇心激發(fā)了他對科學和數學的興趣。隨著他在高中和大學鉆研這些學科，學習了更多關于物理、化學和電子學的知識，他對磁性及其在計算機中的應用的好奇心加深了。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當他有機會在康奈爾大學攻讀博士學位，并加入一個研究磁性材料的研究小組時，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、更有效的方法來產生電子自旋電流，并利用它將信息寫入計算機磁性存儲器。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然他對研究世界很著迷，但他想嘗試一下在工業(yè)領域的職業(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，他的工作重點是為計算機開發(fā)更高效的磁隨機存取存儲器硬件。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;讓一些東西最終以商業(yè)形式運行是非常重要的，但我發(fā)現自己并沒有完全投入到這種微調工作中。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年加入麻省理工學院擔任助理教授。</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院的一些工作涉及使用納米級反鐵磁材料構建計算機存儲器。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;旋轉的離子和&ldquo;向下&rdquo;旋轉的離子彼此相反，因此磁性相互抵消。</p> <p>&nbsp;</p> <p>由于不產生磁場，反鐵磁材料可以更緊密地堆積在存儲設備上，從而獲得更高的存儲容量。Liu解釋說，他們缺乏磁場意味著自旋狀態(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材料更快地切換晶體管。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在科學界，人們一直在爭論是否可以用電來改變這些反鐵磁材料內部的自旋方向。通過實驗，我們證明了你可以做到。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在他的實驗中，劉經常使用幾年前才發(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備中并測試其功能的挑戰(zhàn)。找到更好的材料來利用計算機存儲器中的電子自旋，可以使設備消耗更少的能量，存儲更多的信息，并將這些信息保留更長的時間。</p> <p>&nbsp;</p> <p>劉利用了麻省理工學院的尖端設備。Nano是一個共享的21.4萬平方英尺的納米級研究中心，用于建造和測試納米級設備。他說，指尖擁有如此先進的設備對他的研究是一種福音。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但對劉先生來說，人力資本才是他工作的動力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;同事和學生是麻省理工學院最寶貴的部分。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歷。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他、他的學生和同事正在推動自旋電子學這個年輕的領域向前發(fā)展。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在未來，他設想使用反鐵磁材料與現有技術相結合，創(chuàng)造出能夠實現更好性能的混合計算設備。他還計劃更深入地研究量子技術。他說，例如，自旋電子學可以用來有效地控制量子電路中的信息流。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在量子計算中，信號隔離是至關重要的&mdash;&mdash;從量子電路到外部電路的信息只能沿一個方向流動。他正在探索一種被稱為自旋波的現象的使用，這是磁性材料內部電子自旋的激發(fā)，以確保信號只向一個方向移動。</p> <p>&nbsp;</p> <p>無論他是在研究量子計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動。</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，以實現使用自旋電子器件制造更好的計算存儲器或數字邏輯設備的目標。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>