专访新加坡国立大学Yang Hyunsoo教授

为了鼓励和表彰科研人员对国产仪器的支持，以及持续不断地为科学事业做出贡献，托托科技于2020年推出了“论文奖励计划”。该计划一经推出，得到了用户的大力支持。就在2024年5月，奖励计划的第100篇论文已经诞生了。它就是发表于Nature Communication 的“Spin-orbit torque manipulation of sub-terahertz magnons in antiferromagnetic α-Fe₂O₃”。论文通讯作者是新加坡国立大学的Yang Hyunsoo教授。

在托托论文奖励计划第100篇论文发表之际，材料人特意对Yang Hyunsoo教授作了简短的专访，邀请他介绍研究成果和心路历程。（该访谈原始语言为英语，经小编翻译发布）

翻开这篇的论文，我们会看到“可调谐太赫兹自旋电子器件”这个词出现的频率非常高。那么它有何独到之处呢？Yang Hyunsoo教授介绍道：太赫兹频段具备超大信息带宽和太比特每秒的信息传输速度，是下一代信息技术的关键频段。可调谐太赫兹自旋电子器件可以用于构建新型的太赫兹速度的存储器和探测器，在非易失性存储、星间通信、芯片高速无线互联等领域具有重要应用前景。

上半年，Yang Hyunsoo教授课题组已经发表了5篇Nature子刊，其中上个月连发两篇Nat. Commun.，可谓硕果累累。对此，Yang 教授表示非常欣慰，能看到越来越多的研究人员在自旋电子学领域发光发热。

对于学术成果，Yang 教授认为Fe₃-xGaTe₂侧重于揭示一种新的自旋物理现象（Above-room-temperature chiral skyrmion lattice），Fe₂O₃工作侧重于探索对反铁磁自旋特性的主动控制方法，这二者对于太赫兹自旋电子器件的实际运用都是十分关键的。从材料体系的角度，Fe₂O₃作为一种倾斜反铁磁（Canted antiferromagnet），包含了两种不同的磁性亚晶格，理论上能够构造相比铁磁更加复杂的拓扑自旋结构，比如half-skyrmions and bimerons（具体可以参考Nature volume 590, pages74–79 (2021)）。

而电场调控反铁磁自旋轨道力矩效应是比较难实现的。该工作的难点（创新点）之一在于，一方面反铁磁材料强大的自旋交换作用场难以被外界撼动，另一方面是反铁磁材料稳态的净磁矩微弱，反铁磁自旋动力学特征难以有效观测。在本工作中，Yang 教授团队采用了基于飞秒光学的超快磁光探测技术，这个技术在传统铁磁材料测试中经常与“超快磁光克尔测试”混用，但是在反铁磁材料体系中，由于净磁矩很小，能够与奈尔矢量直接耦合的二阶磁光效应占据主导地位（如Cotton-Mouton 或voigt effect），因此近年来在一些反铁磁研究工作中，大家将这种测试方式称为“超快磁光探测”。

对于论文验证了自旋轨道力矩获取反铁磁磁序参数和控制太赫兹磁振子将会带来哪些影响的问题，Yang 教授有不一样的想法，他认为自旋电子器件的一个主要应用场景是非易失性存储，当前基于传统铁磁材料体系的自旋电子学应用已经相对成熟，比如MRAM。存储技术发展的趋势是追求更快的读写速度、更大的存储密度和更加低的能耗。反铁磁由于强自旋交换作用场和缺乏净磁矩，传统的比如磁场（应用在磁盘读写头）方法，对反铁磁的控制效果很弱，因此需要探索新的低功耗、快速度的反铁磁控制方法。该论文研究成果验证了自旋轨道磁矩这样一种低功耗、快速度的反铁磁太赫兹磁性控制方法，随着大数据、云计算等技术的快速发展，对存储器性能的要求越来越高。可调谐太赫兹自旋电子器件的出现，为解决存储器性能瓶颈提供了新的思路。

在谈到还有哪些有趣的研究让他印象深刻，Yang教授表示很多研究都很有趣，在访谈中他提出团队利用反铁磁NiO构建了一种太赫兹自旋筛选机制，通过过滤电荷而选择性让磁振子通过，实现了飞秒时间尺度上的反铁磁磁振子速度测量。另外一个工作是利用NiO材料的自旋共振对太赫兹波的吸收特性，构建了一种主动可调的太赫兹滤波器，在1 THz频率实现了与太赫兹超表面器件相当的品质因子，且具备器件集成和尺寸缩小方面的明显优势。

我们注意到Yang教授的论文中使用了很多新颖的测试手段，对此，Yang 教授介绍道，目前课题组拥有非常先进且完善的仪器配套，除了标准的设备之外，也自主开发一系列的新设备与新测量技术，这部分的工作也是在技术创新过程中的一个重要组成部分。例如太赫兹自旋电子学测量设备，超快磁光克尔检测系统，各种电输运测量设备，等等，很多。

在设备方面Yang 教授非常乐于分享的是他的学生能够以高端仪器设备的开发为事业，在新加坡和中国成立了托托科技，为行业提供多种高性能的仪器设备。他认为这些设备已经达到了世界一流水平，为自己的学生所取得的成绩感到非常骄傲。第100篇文章中提到的无掩模板光刻设备用的就是托托科技的产品，无掩膜的设计帮助他们快速的加工各种自旋电子器件，是非常好用的工具，在组内的使用频次也很高。托托科技的创始人吴阳博士曾在Yang 教授的团队8年，Yang 教授表示他是一个自驱力很强的年轻人，且对所从事的仪器设备领域具有非常浓厚的兴趣。作为一个大学教授，他认为兴趣才是最好的老师，这也是托托科技能够持续推出激动人心的好产品的根本原因。Yang 教授很高兴得知这篇Nat. Comm.恰好是第100篇引用了托托科技的设备的论文，他很期待托托科技的第1000篇论文，应该会很快。

同时，Yang Hyunsoo教授欢迎大家投身自旋电子学的研究中来，尚有诸多有趣的课题等待大家来探索，也欢迎申请他的博士及博士后，课题组向优秀的候选人们张开怀抱。

Yang Hyunsoo 教授简介：

新加坡国立大学电子工程系教授，Global Foundries荣誉教授；博士毕业于斯坦福大学。从事自旋电子学材料、器件及应用的研究。在包括Nature, Science等期刊上发表论文超230篇，贡献过超200场国际邀请报告，H-index 66，总引用量15,000+次；累计获得研发经费数亿元人民币。

网站：https://www.yang-group.com