刘路桥是那种宁愿把玩具拆开来看看它们是怎么工作的，也不愿按它们本来的样子玩的孩子。

好奇心一直是他一生的驱动力，并将他带到了麻省理工学院，刘是电气工程和计算机科学系的新终身副教授，也是电子研究实验室的成员。

他现在使用新型材料和纳米级制造技术来制造下一代电子产品，而不是把东西拆开，这种电子产品比传统设备耗电少得多。

他说，好奇心仍然派上用场，特别是因为他和他的合作者在自旋电子学这个基本上未知的领域工作——这个领域在20世纪80年代才出现。

他说:“我们工作中有许多挑战需要克服。在自旋电子学中，从根本上来说，我们所能做的和目前已经做的之间还有差距。在获得更好的材料和找到新的机制方面，我们还有很多需要研究，这样我们就可以达到越来越高的性能。”刘说，他也是麻省理工学院- ibm沃森人工智能实验室的成员。

电子是亚原子粒子，拥有一种被称为自旋的基本量子特性。一种可视化的方法是想象一个旋转的陀螺，它围绕自己旋转，这就给出了陀螺的角动量。角动量是旋转陀螺的质量、半径和速度的乘积，也就是它的自旋。

虽然从技术上讲，电子不像陀螺那样绕轴旋转，但它们确实具有相同的自旋。它们的角动量可以指向“上”或“下”。工程师可以使用电子自旋的二进制性质，而不是在电子设备中使用正负电荷来表示二进制信息(1和0)。

因为改变电子的自旋方向需要更少的能量，电子自旋可以用来开关电子设备中的晶体管，比传统电子设备耗电少得多。晶体管是现代电子的基本组成部分，被用来调节电信号。

此外，由于角动量，电子表现得像微小的磁铁。研究人员可以利用这些磁特性在计算机内存硬件中表示和存储信息。刘和他的合作者正致力于加快这一进程，消除阻碍低功耗、高性能计算机存储设备的速度瓶颈。

被磁力吸引

刘研究计算机内存硬件和自旋电子器件的道路始于冰箱磁铁。小时候，他想知道磁铁为什么会粘在冰箱上。

这种早期的好奇心激发了他对科学和数学的兴趣。随着他在高中和大学钻研这些学科，学习了更多关于物理、化学和电子学的知识，他对磁性及其在计算机中的应用的好奇心加深了。

当他有机会在康奈尔大学攻读博士学位，并加入一个研究磁性材料的研究小组时，刘找到了完美的匹配。

他说:“在接下来的五六年里，我一直在寻找新的、更有效的方法来产生电子自旋电流，并利用它将信息写入计算机磁性存储器。”

虽然他对研究世界很着迷，但他想尝试一下在工业领域的职业生涯，所以他在研究生毕业后加入了IBM的T.J.沃森研究中心。在那里，他的工作重点是为计算机开发更高效的磁随机存取存储器硬件。

“让一些东西最终以商业形式运行是非常重要的，但我发现自己并没有完全投入到这种微调工作中。我想展示非常新颖的工作的可行性——证明一些新概念是可能的。”刘说。他于2015年加入麻省理工学院担任助理教授。

材料问题

刘最近在麻省理工学院的一些工作涉及使用纳米级反铁磁材料构建计算机存储器。反铁磁材料，如锰，含有离子，由于电子自旋而起到微小磁铁的作用。它们自行排列，使“向上”旋转的离子和“向下”旋转的离子彼此相反，因此磁性相互抵消。

由于不产生磁场，反铁磁材料可以更紧密地堆积在存储设备上，从而获得更高的存储容量。Liu解释说，他们缺乏磁场意味着自旋状态可以在“向上”和“向下”之间快速切换，所以反铁磁材料可以比传统材料更快地切换晶体管。

“在科学界，人们一直在争论是否可以用电来改变这些反铁磁材料内部的自旋方向。通过实验，我们证明了你可以做到。”

在他的实验中，刘经常使用几年前才发明的新材料，所以它们的所有特性还没有被充分理解。但他喜欢将它们集成到设备中并测试其功能的挑战。找到更好的材料来利用计算机存储器中的电子自旋，可以使设备消耗更少的能量，存储更多的信息，并将这些信息保留更长的时间。

刘利用了麻省理工学院的尖端设备。Nano是一个共享的21.4万平方英尺的纳米级研究中心，用于建造和测试纳米级设备。他说，指尖拥有如此先进的设备对他的研究是一种福音。

但对刘先生来说，人力资本才是他工作的动力。

“同事和学生是麻省理工学院最宝贵的部分。能够讨论问题，与世界上最聪明的人交谈，这是做这份工作最令人愉快的经历。”

他、他的学生和同事正在推动自旋电子学这个年轻的领域向前发展。

在未来，他设想使用反铁磁材料与现有技术相结合，创造出能够实现更好性能的混合计算设备。他还计划更深入地研究量子技术。他说，例如，自旋电子学可以用来有效地控制量子电路中的信息流。

在量子计算中，信号隔离是至关重要的——从量子电路到外部电路的信息只能沿一个方向流动。他正在探索一种被称为自旋波的现象的使用，这是磁性材料内部电子自旋的激发，以确保信号只向一个方向移动。

无论他是在研究量子计算还是探索新材料的特性，有一件事是正确的——刘继续被永不满足的好奇心所驱动。

他说:“我们正在不断探索，深入研究许多令人兴奋和具有挑战性的新课题，以实现使用自旋电子器件制造更好的计算存储器或数字逻辑设备的目标。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。