Women in Materials Science 人物访谈——深圳大学韩素婷教授

Advanced Materials推出Women in Materials Science专栏,在全球范围内精选出数名杰出的女性科学家并对其最新的高水平研究成果进行报道。请点击了解专栏更多信息。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1521-4095.WomeninMaterialsScience

三八女神节来临之际,Wiley人物访谈对几位入选Women in Materials Science专栏的中国女性科学家进行了采访。请跟随我们一起走进科研女神的工作与生活吧,去看看她们优秀与美丽背后的精彩世界!

在信息全球化和大数据时代,每天都会产生海量的数据,各行各业都离不开信息的搜集、分析、处理和存储。如何将海量信息保存起来供需要时提取,对提高学习效率、工作效率,乃至推动社会发展,文明发展,都是至关重要的。根据国际权威机构Statista 的统计和预测,全球数据量在2019年约达到41ZB。国际数据公司IDC预测,全球数据量在2025年将达到163ZB。按照存储器目前的发展速度,在不久的将来将会面临无法存储所有数据的困境,这就要求科研工作者们开发高性能、大容量的信息处理和存储设备。本周我们将介绍从事存储器领域研究的女性科学家深圳大学韩素婷教授,为我们揭开存储器发展的神秘面纱。

人物简介

素婷,深圳大学教授,2014年博士毕业于香港城市大学物理系,之后以高级副研究员和博士后身份受聘于香港城市大学物理系,曾任美国Michigan大学电气工程与计算机科学系访问教授。主要从事微电子领域新型电子学器件研制和应用研究工作,具体包括数据存储器(忆阻器和晶体管存储器),传感器及感存算一体芯片等。以第一作者及通讯作者身份发表包括Science,Materials Today, Advanced Materials(10),Nano Letters, ACS Nano, Advanced Functional Materials(9)等在内的在SCI论文90余篇,SCI引用4000次,H因子33。其中包括7篇ESI 1%高被引论文,最高单篇SCI引用次数380次。获美国专利授权3项, 2021年入选Advanced Materials期刊“Women in Materials Science”,曾获广东省杰青(2018,全省50名),广东省珠江人才青年拔尖人才(2018),香港青年科学家奖最终入围奖(2015,全港4名),香港城市大学最佳博士毕业论文奖(2014,全系唯一),香港城市大学周亦卿研究生院奖(2014,全系唯一)、香港城市大学卓越学术研究一等奖(2013,全系唯一)、香港城市大学杰出学术表现奖。主持国家自然科学基金青年项目、广东省自然科学基金杰出青年项目、教育部万人计划港澳台交流项目等项目。长期担任Science,Nature Electronics,Science Advances,Nature Communications, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano, Advanced Functional Materials等四十余个国际知名期刊的审稿人。

韩素婷

博士 教授

深圳大学

Email:sutinghan@szu.edu.cn

近江看水

MVC:能否请您简单介绍一下课题组目前的主要研究工作呢?您对哪些研究方向比较感兴趣呢?

HST我们课题组的方向主要是新原理信息存储器件及机制研究,目前我个人比较感兴趣的方向是利用材料结构、电荷分布、分子极化等状态改变构建新原理存储器件,研究电场、光场及混合场效应对存储性能的调控机制,并将新原理存储器件及阵列并将其应用于感存算一体系统。

MVC:在信息全球化和大数据时代背景下,存储器的发展速度与数据的增长速度之间出现严重失衡,时代的发展需要开发新型存储器介质,可以谈一谈现如今有哪些重要的研究方向吗?您认为哪个研究方向更具发展前景呢?

HST我仅从自己的理解对该问题发表一些粗浅的看法:目前商用计算机的发展受限于冯·诺依曼体系架构,内存与中央处理器之间的性能鸿沟会导致整体运算效率降低。新型存储技术结合非易失及易失型存储的优势,具有纳秒级操作时间,单比特擦写低于皮焦功耗及高密度存储能力,可满足未来大数据核内传输速率。在存储器介质研究方面,科学家可以通过材料优化、器件结构设计与界面修饰降低新型存储器的功耗和离散性,提升存储器的存储密度、读写速度等,例如通过材料的多样性调控离子在阻变层迁移的活化能,控制忆阻器导电细丝的形成路径;此外,国内外很多研究小组也专注于存储器电荷捕获机制及电阻转变机制的研究,例如对器件进行接触面的能级分析,研究器件界面的电子结构对其电学性能的影响规律。新材料的开发与机制研究都非常重要,我觉得都有很好的前景可以推动存储器的发展。

MVC:“摩尔定律”是大家所熟知的一个定律,但是外行人对其了解程度十分有限,您可以谈一谈该定律的内涵以及在集成电路领域中的地位吗?

HST我仅从自己的理解对该问题发表一些粗浅的看法:摩尔定律是由Intel的创始人Gorden Moore提出的,其核心内容为:集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。换言之,处理器的性能每隔两年翻一倍。通俗易懂的理解就是,CPU芯片上可集成的晶体管数量在不断的增多,随时间的发展我们的个人电脑性能越来越强了,但价格却降低了。在我给微电子本科生上专业课时会反复强调,每一个微电子专业的学生都应该对该定律有深刻的认识和理解。回顾40多年来半导体芯片业的进展,摩尔定律对整个世界意义深远,然而通过传统缩微的方法构建硅基晶体管受限于光刻工艺7 nm的技术节点,摩尔定律将逐渐放缓,对新材料、新原理器件、新体系结构等进行深入研究是超越摩尔定律的可能技术路径

MVC:学科交叉与融合是当今时代各个领域重要的发展趋势,您认为存储器介质及存储机理的发展,可以与哪些学科产生交叉融合呢?

HST我仅从自己的理解对该问题发表一些粗浅的看法:存储器的发展离不开信息、数理、材料、工程等学科的交叉融合,例如:利用材料的多样性及某些材料独特的电子离子耦合特性引入新型的存储机制(材料及化学学科),利用各类表征手段例如UPS,HRTEM,KPFM,EFM等对存储器机理进行研究、利用软件模拟电场分布或导电细丝形成与断裂等(数理学科);对电子器件进行电学性能测试、阵列集成、外围电路的设计(信息学科);最终实现存算一体大规模互联与集成架构等(工程学科)。

真知灼见

MVC:在您的众多优秀成果中,哪些工作是您最喜欢或者最值得骄傲的呢?

HST在存储器领域有非常多优秀的科研工作者,我的工作谈不上优秀。如果说令我印象最深刻的工作应该是在博士期间于2012年发表的一篇Advanced Materials,该工作利用Langmuir-Schaefer法制备密度为4.9×1011 cm-2的致密纳米单层应用于闪存的浮栅层,提升了单位面积的电荷捕获位点,实现了存储窗口较传统闪存的三倍提升(16.5V),存储窗口的扩大可以有效提高存储级数以及各存储级之间的差分幅度用于高密度存储。十二烷基硫醇包裹于纳米颗粒表面可形成1~2纳米的绝缘层,从而有效提高存储器的数据保留能力 [Adv. Mater. (2012) 24, 3556, 第一作者],这个工作是我人生中第一篇Advanced Materials,开启了我的科研生涯,非常有纪念意义。

MVC:请问在您的科研生涯中,哪些事情或者哪些人对您产生过重要影响呢?

HST在科研生涯中,我受到过很多人的指导和帮助,包括读书时期的老师,师兄师姐和同学,工作之后的领导和同事,他们每个人身上都有很多值得我学习的地方。其中,我博士的导师Prof. V. A. L. Roy对我产生过重要的影响,他放手让我做自己感兴趣的课题,并在我遇到困难时将人生经验分享给我,也给予过我很多的帮助,帮我走出低谷。

MVC: 您在科研历程中遇到过的最大困难是什么?您是如何克服这些困难的呢?您认为这些困难对您的成长有怎样的影响?

HST我在科研当中遇到的最大的困难应该是刚刚读博士时的完全不懂得如何做科研。幸运的是当时我们全系的博士生和博士后都坐在一个办公室,我经常向周围的师兄师姐请教,从查阅文献到课题设计,一步一个脚印,养成了每天阅读3-5篇文献的习惯并一直坚持到现在。这些困难让我懂得在科研历程中积累的重要性,量变引起质变,小白也可以逐渐走上科研的道路,也让我在培养学生的过程中有了更深的思考,平衡独立自主与团队协作。

MVC: 科研工作之余,您有哪些兴趣爱好呢?它们在您走出低谷、挑战困难过程中,发挥了怎样的作用?

HST平时我喜欢看美剧,在科研压力大的时候,美剧简短剧情和搞笑的节奏可以迅速让我放松下来,最喜欢的一部就是《The Big Bang Theory》,相信做科研的小伙伴看这部剧也是可以找到很多共鸣。

箴言赠语

MVC: 您认为有一个充实而又快乐的科研生活,其关键在于哪些因素呢?

HST首先我认为对科研的热爱是关键所在,好的科研工作者一定是对自己的研究方向非常感兴趣的,这是支撑整个科研是否能够走下去的先决条件,其次,养成良好的科研习惯,规划好自己的实验及每天阅读文献,不要拖延。最后,主动培养自己的兴趣爱好,做好科研并不意味着生活中只有科研,要锻炼好自己身体和有良好的社交圈子。

MVC:作为一名优秀的女性科研工作者,您认为在科研发展过程中遇到过哪些压力与障碍呢?您是如何克服的呢?

HST微电子领域有很多优秀的女性科研工作者,我并算不上优秀。作为一名普通的高校女老师,我遇到的最大的压力和障碍就是无法平衡家庭和工作, 996是科研工作的常态,无法常常陪伴孩子。现在他们逐渐长大,我觉得非常遗憾错过了他们的成长,现在就是尽量在能力所及范围内给他们多一点的陪伴。

MVC:对于想从事科学研究的女性研究生,您可以分享您的经验之谈或者提出建议吗?

HST:第一,要相信自己的能力,不要用性别的框架限制住自己,例如女生不如男生做科研头脑灵活,我只想拿个学位,女生以后还是要做轻松一点的工作等等。我认识非常多优秀的女生在博士和博后期间遇到一些困难之后对自己产生怀疑,最终放弃了自己的科研之路,非常可惜,当然这点不仅适用于科研领域,所有职业都是一样的;第二,要独立自主,在各方面都不要去尝试依赖他人,包括工作,生活和经济;第三,懂得平衡科研和生活,努力培养自己的兴趣爱好,work hard,play hard。