【人物專訪6】帶著疑問出發,才是真正的跨領域!林秀豪建立全球首創記憶體技術

by Yang-Kuang Chao
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採訪 ‧ 撰稿  /  鄭凱菱 (科學推展中心特約編輯)

多年來各國團隊致力於讓 MRAM 整合於半導體製程中,卻因技術上的困難無所進展;直到2019年,清華大學物理系林秀豪教授與賴志煌教授合作成功地將電子自旋流用於操控鐵磁、反鐵磁介面。該突破可說是全球首創,在記憶體技術上的一大貢獻!並於2019年獲材料領域最頂尖的國際期刊《Nature Materials》大篇幅報導。

在電子資訊時代,磁性記憶體 MRAM 已成為半導體大廠的兵家必爭之地,儼然是下一代記憶體的超新星。眾研發團隊試圖擅用 MRAM 的優勢,擺脫現有主流記憶體(SRAM 與 DRAM)的受限之處,卻因磁性不容易操控,在技術上始終難以突破。清華大學物理系林秀豪教授與材料系賴志煌教授跨域合作,成功研發出透過電子自旋流操控磁性的技術,自此讓磁性記憶體MRAM可和半導體製程接軌,在記憶體技術上有了全球首創的一大突破。 

理論物理學家的跨領域之旅 始於「問題」

該團隊計畫初期便獲科技部支持,而今雖有成就,不過林秀豪教授仍不緩向前的腳步,持續在材料與物理跨域拓進。但翻開教授的背景,「理論物理學家」才是他對外的身分,不禁讓人好奇,他是否有預設自己要成為一個跨領域的科學家?他本身是怎麼看待跨領域的人才呢?面對這個問題,林秀豪教授顯得格外認真,他表示跨領域確實很重要,但目前大部分的跨領域課程卻像是拼盤,透過拼湊專業、計算比例分類的方式來規劃訓練學生的方式,卻因此讓學生難以深入學習各專業領域。在他看來,理想的跨領域人才,絕對仍需保有本身的專業,卻同時須具備和不同領域的專業人才相互協調、溝通的能力,正如他和MRAM技術研發團隊便像是一曲由材料和物理交織出的跨領域奏鳴曲。

而最初讓林秀豪教授踏出自身專業領域的推力,其實也不是「為跨而跨」,而是很單純地「想解決問題」。「當今社會有很多重要的議題,譬如能源,你能說他屬於物理還是化學嗎?其實很難清楚地分界,這類重要的問題,沒有辦法在單一領域中被解決,所以才需要組成跨領域團隊。」林秀豪教授分享到。 

欣賞物理建構的極簡美世界

作為一個理論物理學家,小從生活瑣事、大到研究題目,世界上萬物的現象似乎都是林秀豪教授好奇想探究的目標。決定讓物理成為生命裡核心那時,恰好是對生命充滿疑問的年紀,而最初帶領他選擇走進物理懷抱的關鍵原因,正是物理帶給他的足夠安全感。

物理具備可將一切複雜現象切割簡化的「簡約性」,擁有廣泛可應用範圍的「普世性」,兩者交錯而成一條通往真理的道路。用黑白分明、單純與極簡來形容物理為他建構的世界,林教授笑著說:「人生事實上很複雜,但每次當我在紙上推導出一些結論的時候,還是會被背後的單純跟美驚豔。」

好奇心是夢想成真的基石

「疑問」帶領林秀豪教授走進了物理領域,「解決疑問的渴望」則帶著他步出了物理世界。量子科技、統計物理都是林教授的研究專長,其實以他的好奇程度,光是物理界能探索的項目就夠他忙了,卻還是跨足材料、大腦等不同領域,因為他並不是自己決定了一個研究題目,而是保守著作為一個物理學家最根本的「好奇心」,從「問題」出發,尋找解答。

「我常常不知道,為什麼我只是想解決自己的問題,就有人願意付薪水給我。」他笑著說理論物理學家根本是自己的 Dream Job!從最小到最大,或者最簡單到最複雜的現象,物理學家都需要去解釋。有時候是現象先被觀察到,卻不代表人們真的理解了背後運行的道理,而這,便是理論物理學家存在的價值。不過有的時候,理論物理學家也會像個寂寞的先知,對現象做出了預測,卻必須等待理論真的被證實的那天,譬如在2015年被觀測到的重力波,事實上是愛因斯坦於1916年發出的預測,中間相隔了100年才被證實。因此,對林秀豪教授來說,若人生中真能有一個如此成就,恐怕是比夢想成真還更加夢幻的美事。

從提問出發 讓人愛上物理

除了專注尋找對物理現象的解答,林秀豪教授的另一個使命感則落在「引發大眾對物理的興趣」,這件事同樣呼應著他本身的生命歷程,推己及人,期待讓更多人認識物理的趣味性;但這份趣味性並不是透過綜藝化來推廣,而是藉由「問對問題」來引發好奇。

物理問題的答案其實可以也同時能解釋生活中的種種現象,只是多數時候人們已經習慣對現象視而不見,將一切視為一種「理所當然」,因而少了去思考背後原理的好奇心。「為什麼10度的水跟12度的水看起來差不多,零下1度的水卻跟1度的水狀態差那麼多?」林教授認為,想勾起大眾對物理的興趣,首要便是「提出一般人都會好奇的問題」,解釋時則要跳脫公式的束縛,直接以圖像或其他方式呈現背後的邏輯,讓所有人都能理解。

對他而言,物理的魅力便是在於這最單純地「回應問題」的能力,就像在價值觀紛亂的世界中一個穩定人心的錨點。「疑問」所帶來的並不是混亂,反倒成為新風景的開張;而這或許就解答了,為什麼身為一位物理學家,林秀豪教授卻能成為改寫半導體材料技術的全球性要角,且仍持續挺進,偕同他的跨領域團隊一起,前往尚無人抵達的新境地。

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