專訪新加坡國立大學Yang Hyunsoo教授

為了鼓勵和表彰科研人員對國產儀器的支持，以及持續不斷地為科學事業做出貢獻，托托科技于2020年推出了“論文獎勵計劃”。該計劃一經推出，得到了用戶的大力支持。就在2024年5月，獎勵計劃的第100篇論文已經誕生了。它就是發表于Nature Communication 的“Spin-orbit torque manipulation of sub-terahertz magnons in antiferromagnetic?α-Fe₂O₃”。論文通訊作者是新加坡國立大學的Yang Hyunsoo教授。

在托托論文獎勵計劃第100篇論文發表之際，材料人特意對Yang Hyunsoo教授作了簡短的專訪，邀請他介紹研究成果和心路歷程。（該訪談原始語言為英語，經小編翻譯發布）

翻開這篇的論文，我們會看到“可調諧太赫茲自旋電子器件”這個詞出現的頻率非常高。那么它有何獨到之處呢？Yang Hyunsoo教授介紹道：太赫茲頻段具備超大信息帶寬和太比特每秒的信息傳輸速度，是下一代信息技術的關鍵頻段。可調諧太赫茲自旋電子器件可以用于構建新型的太赫茲速度的存儲器和探測器，在非易失性存儲、星間通信、芯片高速無線互聯等領域具有重要應用前景。

上半年，Yang Hyunsoo教授課題組已經發表了5篇Nature子刊，其中上個月連發兩篇Nat. Commun.，可謂碩果累累。對此，Yang 教授表示非常欣慰，能看到越來越多的研究人員在自旋電子學領域發光發熱。

對于學術成果，Yang 教授認為Fe₃-xGaTe₂側重于揭示一種新的自旋物理現象（Above-room-temperature chiral skyrmion lattice），Fe₂O₃工作側重于探索對反鐵磁自旋特性的主動控制方法，這二者對于太赫茲自旋電子器件的實際運用都是十分關鍵的。從材料體系的角度，Fe₂O₃作為一種傾斜反鐵磁（Canted antiferromagnet），包含了兩種不同的磁性亞晶格，理論上能夠構造相比鐵磁更加復雜的拓撲自旋結構，比如half-skyrmions and bimerons（具體可以參考Nature volume 590, pages74–79 (2021)）。

而電場調控反鐵磁自旋軌道力矩效應是比較難實現的。該工作的難點（創新點）之一在于，一方面反鐵磁材料強大的自旋交換作用場難以被外界撼動，另一方面是反鐵磁材料穩態的凈磁矩微弱，反鐵磁自旋動力學特征難以有效觀測。在本工作中，Yang 教授團隊采用了基于飛秒光學的超快磁光探測技術，這個技術在傳統鐵磁材料測試中經常與“超快磁光克爾測試”混用，但是在反鐵磁材料體系中，由于凈磁矩很小，能夠與奈爾矢量直接耦合的二階磁光效應占據主導地位（如Cotton-Mouton 或voigt effect），因此近年來在一些反鐵磁研究工作中，大家將這種測試方式稱為“超快磁光探測”。

對于論文驗證了自旋軌道力矩獲取反鐵磁磁序參數和控制太赫茲磁振子將會帶來哪些影響的問題，Yang 教授有不一樣的想法，他認為自旋電子器件的一個主要應用場景是非易失性存儲，當前基于傳統鐵磁材料體系的自旋電子學應用已經相對成熟，比如MRAM。存儲技術發展的趨勢是追求更快的讀寫速度、更大的存儲密度和更加低的能耗。反鐵磁由于強自旋交換作用場和缺乏凈磁矩，傳統的比如磁場（應用在磁盤讀寫頭）方法，對反鐵磁的控制效果很弱，因此需要探索新的低功耗、快速度的反鐵磁控制方法。該論文研究成果驗證了自旋軌道磁矩這樣一種低功耗、快速度的反鐵磁太赫茲磁性控制方法，隨著大數據、云計算等技術的快速發展，對存儲器性能的要求越來越高。可調諧太赫茲自旋電子器件的出現，為解決存儲器性能瓶頸提供了新的思路。

在談到還有哪些有趣的研究讓他印象深刻，Yang教授表示很多研究都很有趣，在訪談中他提出團隊利用反鐵磁NiO構建了一種太赫茲自旋篩選機制，通過過濾電荷而選擇性讓磁振子通過，實現了飛秒時間尺度上的反鐵磁磁振子速度測量。另外一個工作是利用NiO材料的自旋共振對太赫茲波的吸收特性，構建了一種主動可調的太赫茲濾波器，在1 THz頻率實現了與太赫茲超表面器件相當的品質因子，且具備器件集成和尺寸縮小方面的明顯優勢。

我們注意到Yang教授的論文中使用了很多新穎的測試手段，對此，Yang 教授介紹道，目前課題組擁有非常先進且完善的儀器配套，除了標準的設備之外，也自主開發一系列的新設備與新測量技術，這部分的工作也是在技術創新過程中的一個重要組成部分。例如太赫茲自旋電子學測量設備，超快磁光克爾檢測系統，各種電輸運測量設備，等等，很多。

在設備方面Yang 教授非常樂于分享的是他的學生能夠以高端儀器設備的開發為事業，在新加坡和中國成立了托托科技，為行業提供多種高性能的儀器設備。他認為這些設備已經達到了世界一流水平，為自己的學生所取得的成績感到非常驕傲。第100篇文章中提到的無掩模板光刻設備用的就是托托科技的產品，無掩膜的設計幫助他們快速的加工各種自旋電子器件，是非常好用的工具，在組內的使用頻次也很高。托托科技的創始人吳陽博士曾在Yang 教授的團隊8年，Yang 教授表示他是一個自驅力很強的年輕人，且對所從事的儀器設備領域具有非常濃厚的興趣。作為一個大學教授，他認為興趣才是最好的老師，這也是托托科技能夠持續推出激動人心的好產品的根本原因。Yang 教授很高興得知這篇Nat. Comm.恰好是第100篇引用了托托科技的設備的論文，他很期待托托科技的第1000篇論文，應該會很快。

同時，Yang Hyunsoo教授歡迎大家投身自旋電子學的研究中來，尚有諸多有趣的課題等待大家來探索，也歡迎申請他的博士及博士后，課題組向優秀的候選人們張開懷抱。

Yang Hyunsoo 教授簡介：

新加坡國立大學電子工程系教授，Global Foundries榮譽教授；博士畢業于斯坦福大學。從事自旋電子學材料、器件及應用的研究。在包括Nature, Science等期刊上發表論文超230篇，貢獻過超200場國際邀請報告，H-index 66，總引用量15,000+次；累計獲得研發經費數億元人民幣。

網站：https://www.yang-group.com