WILEY 人物访谈——深圳大学周晔研究员

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。然而,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。本周的Wiley人物访谈,我们介绍一位优秀的青年科学家——周晔,为我们简单科普存储器的一些知识,并介绍研究过程中存在的一些基础科学问题及挑战;最后,感受一下科学家的脑洞大开。

人物简介

周晔,深圳大学高等研究院研究员(长聘),博士生导师。2008年本科毕业于南京大学,2009年硕士毕业于香港科技大学,2013年博士毕业于香港城市大学,2013年至2014年任职香港城市大学超金刚石与先进薄膜研究中心(COSDAF)博士后研究员,2014年至2015年任职香港城市大学电子工程系毫米波国家重点实验室资深研究员,2015年加入深圳大学高等研究院任职研究员、博导,2021年获长聘教职。目前担任《STAM》、《Applied Nanoscience》、《IEEE Access》的副编辑,《SmartMat》、《Materials Horizons》、《Multifunctional Materials》、《PLOS ONE》、《Chemistry》的编委/青年编委,曾任《Nanoscale Horizons》、《Frontiers in Chemistry》、《Polymer International》、《Frontiers in Physics》的专题主编。入选广东省特支计划科技创新青年拔尖人才、广东省优粤人才、深圳市国家级领军人才、深圳市优青、深圳市“孔雀计划”海外高层次人才、南山区领航人才、深圳大学荔园优青、深圳大学优秀本科教师。

周晔研究员的研究兴趣包括基于功能材料的信息存储与传感,在ScienceChem. Rev.Nat. Electron.Nat. Commun.MatterAdv. Mater.Appl. Phys. Rev.Mater. TodayAngew. Chem. Int. Ed.Nano Lett.Adv. Funct. Mater.Nano TodayMater. Horiz.Nano EnergyACS Nano等期刊发表论文140余篇,其中封面/卷首文章40余篇,已被国际知名刊物引用4400余次,H因子为37,研究成果被Asia Research News、 Phys.org、Advanced Science News、nanowerk等科学媒体报道。主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、教育部香港与内地高校师生交流计划、广东省科技厅公益研究与能力建设项目、广东省教育厅青年创新人才项目、香港创新科技署项目、深圳市基础研究学科布局项目、深圳市孔雀技术创新项目等科研项目。主编7本学术专著(Wiley-VCH、Elsevier、皇家化学会出版社、英国物理学会出版社、Springer、CRC Press),获授权中国与美国发明专利18项。

了解存储

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?

周晔(以下称ZY):我们课题组的研究主要围绕半导体界面动力学调控与光电耦合信息处理等科学问题,立足有机电子领域,聚焦有机半导体器件的载流子输运与俘获,并且借助纳米技术与组装技术,与无机功能型纳米材料和纳米电子学交叉融合。我比较感兴趣的研究方向包括:近红外波段的光控信息存储与处理、双极型材料载流子输运与俘获机制、复合材料的信息传感与存储的集成以及后摩尔时代的神经形态器件

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?

ZY随着信息时代的发展,传统存储器的发展速度确实没有跟上处理器的发展速度以及数据量的增长速度,这导致了我们通常说的存储墙问题和冯·诺依曼瓶颈。如今存储器比较重要的发展方向是开发新型两端存储器介质、理解器件物理机制并优化器件性能,并进一步扩展到神经形态应用。国际上研究比较深入的两端随机存储器包括相变存储器、磁性存储器、阻变存储器、铁电存储器等等。这一类两端存储器各有千秋,性能参数不同,在不同应用场景都具有应用的潜力,磁性存储器和相变存储器的商业化脚步也比较快。因为集成度更高,功耗更低,两端存储器在存算一体、感存算融合等应用方面可以发挥优势。

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?

ZY摩尔定律是戈登·摩尔(英特尔创始人之一)1965年还在仙童半导体公司工作时所提出的对集成电路发展趋势的一种分析预测,所以这个定律并非我们常见的数学定律或者物理定律。后面摩尔定律也做了一些修正,一般指的是当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,每隔18-24个月会增加一倍,性能也将提升一倍。在超过半个世纪的历程中,摩尔定律是相对准确的,得到了集成电路业界人士的公认,在一定程度上也从信念上推动了制程技术的进步。在我看来,摩尔定律与经济发展以及基础科学的发展相辅相成。

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?

ZY交叉融合是大趋势,以上一个问题为例,摩尔定律其实也是学科交叉融合的产物。摩尔在加州伯克利读书时所学的是化学专业,然后转型成电子工程师,对经济的发展也有自己独到的判断,这些都是摩尔定律形成的基础。存储器的研究是一个非常交叉的方向,物理、化学、电子、材料、生物等学科都可以从各自角度来理解和推动存储器介质、机理、应用的发展。

科研生涯

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?

ZY我最记忆犹新的是我在香港城市大学读博期间发表的第一篇在Advanced Metrials上的研究论文(Adv. Mater. 2012, 24, 1247),这也是我和Wiley出版社结缘的开始。这项工作其实从我2009年读博开始就一直在尝试,希望能够从器件结构创新的角度来调控双极型材料的载流子输运。在两年多的时间里我研究了很多结构与材料,最终在有机异质结结构中利用一层单层的金纳米颗粒得到了很好的调控结果,论文得以幸运发表,我从中也学到了科研工作中的坚持与不放弃。刚开始成长所累积的经验和教训,是人生中的宝贵财富。我最值得骄傲的是我们课题组在Advanced Functional Metrials上发表的第一篇论文(Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1805599),这是我们课题组的本科生2016年从大二开始进实验室研究的成果,我们利用双极型俘获的机制扩展了有机晶体管的神经形态应用,得到了非常好的突触可塑性。陪学生们一起克服实验中的困难,和他们一起成长,是我最骄傲的,为他们发表成果而开心。

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?

ZY我的博士导师VAL Roy教授在我的科研生涯中有着重要的影响,在我读博期间一直鼓励我勇于创新,放手让我尝试,在我去深圳大学刚开始建立课题组的时候也给予我仪器测试方面的支持。他现在去了英国格拉斯高大学任教,我要对他表达衷心的感谢与祝福。另外我也非常感谢ST Lee院士和CS Lee教授,因为我读博的第一年基本都在他们的实验室度过,他们给我提供了很好的实验设备和场地,当时COSDAF(Center Of Super-Diamond and Advanced Films,超金刚石及先进薄膜研究中心)的几位师兄也教会了我旋涂薄膜、蒸镀器件等等,让我能够顺利科研入门。我觉得自己很幸运,一路都有很多师长和朋友相助,在此我要感谢他们。

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?

ZY刚开始读博的时候比较困难,因为我是我导师的第一个学生,那时我的导师也刚刚从香港大学转去香港城市大学,一切都是从零开始。我们大概花了一年多的时间才把实验室建的初具规模,有了自己的器件制备和测试的仪器,创建了课题组网站,实验室的学生也慢慢增加。在建实验室期间,我们主要是借用研究中心其他教授的仪器,整个COSDAF给了我们很多的帮助。这个过程让我学习到了很多,在香港城市大学帮助导师建立实验室以及后来管理实验室的经历也让我2015年之后在深圳大学能够很快地建立起自己的实验室和团队。

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

ZY我喜欢打篮球、爬山,这些运动让我在遇到困难时能够调节心情。我周末有时间也会和朋友们去海边草坪野餐,放松身心。

天马行空

MVC:自上世纪移动无线网络走入人们的生活,通讯协议的不断升级对人们的生活形态带来了巨大的改变,尤其是如今的5G通信技术,甚至会掀起新一轮工业革命。您认为移动通信发展的终点会是怎样的,可以站在您的视角畅想一下未来吗?

ZY我觉得移动通信将向着万物互联发展,将来的通信技术将有更高的速率、更大的带宽、更短的延迟、更低的功耗,我们的生活将被打造成智能的信息生态系统。通讯技术会渗透到我们社会的各个领域,并且伴随信息技术的发展,人与万物都可以智能互联,海量的信息可以毫不费力的传输、处理与存储。

MVC:信息的存储与传承,对人类文明的整体进步有着举足轻重的作用,如果您有一次穿越到一百年后并返回当下的机会,您最希望带回来哪些信息呢?

ZY前一阵假期我刚看了一个穿越剧《想见你》,其实很多电影或者电视剧都有各自的穿越的设定和模式。假如我就有机会穿越到一百年后,我希望带上一个容量足够大并且能够穿越时光隧道的存储器。我猜想一百年后很多疾病已经被人类攻克,我想带回那时的医药技术的信息返回当下,来帮助更多的病人。

MVC:如果有一次和古往今来任何一位科学家共进晚餐的机会,您更希望选择谁?可以谈一谈您想和他/她聊些什么吗?

ZY我希望可以和约翰·巴丁共进晚餐,他是唯一一位因为发明晶体管和超导BCS理论两次获得诺贝尔物理学奖的科学家。他为人非常低调,也善于与人合作,我想和他探讨半导体物理方面的一些问题,也希望可以和他聊一聊他在贝尔实验室的轶事。