【InfoMat专访系列之青年科学家】香港大学王中锐教授专访：兴趣是前行的动力

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个人简介

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王中锐，香港大学电子与电机系助理教授。于2009年和2014年在新加坡南洋理工大学电子与电机系获得本科和博士学位。于2015-2020年在美国麻省大学阿默斯特分校担任博士后研究员。研究领域为基于忆阻（阻变）材料的类脑计算和机器学习，迄今已在Nature Review Materials, Nature Materials, Nature Electronics, Nature Machine Intelligence等杂志发表论文近50篇。曾获国家海外高层次人才计划。2021年起担任InfoMat青年编委。

课题组网站：https://www.eee.hku.hk/~zrwang/

科研简介

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您能否简要介绍课题组的工作？

我们课题组的工作主要集中在忆阻材料和其在类脑计算与机器学习方面的应用。忆阻材料利用独特的阻变机制，如电化学反应，能实现由电信号历史调节的可变电阻，即“有记忆的电阻”或忆阻器。该器件能缩小至2×2纳米，并可三维堆叠。更重要的是，忆阻器的离子动力学能在原子尺度上模拟神经元与突触的各种特性，同时忆阻器阵列利用简单的电路定律能实现高度并行的信息处理。所以忆阻器有望实现具有生物大脑能效、并行度和信息密度的新型计算系统，这也是我们团队的核心研究方向。

当您还在上学的时候，未来想从事什么职业？是什么机缘促使您开始忆阻器领域的相关研究呢？

我从本科开始就对忆阻材料，尤其是输运机理、电阻变化原理、以及其在信息技术上的应用非常感兴趣，希望将来有机会能为这个新兴的方向贡献一份自己的力量。我在大三的时候加入了新加坡科技设计大学(SUTD)教务长Pey Kin Leong教授的团队，在Pey教授指导下发表了第一篇论文，从此开始了对忆阻材料的研究。

忆阻材料的进展与发展前景

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您的团队在《Nature Review Materials》发表了一篇题为“Resistive Switching Materials for Computing”的综述，请问您选择这个主题的初衷是什么？您认为这篇综述可以给相关领域的研究人员予以什么启发呢？

这个选题的初衷是通过材料科学的新进展来解决信息技术的瓶颈。近十年来，人工智能、物联网和大数据已经深刻改变了我们生产生活方式。这些都离不开计算硬件，例如英伟达和高通的芯片，也是我国当前重点发展的战略方向。然而基于传统硅基晶体管的数字计算芯片在能效、并行度、和器件密度上与生物大脑有巨大的鸿沟。同时晶体管当前已经进入3纳米节点，很快会到达物理极限。所以当前迫切需要新型信息材料和器件，来革新现有的计算范式。基于忆阻材料的存算一体系统是最有前景的解决方案之一。基于此，我非常荣幸能在南加大杨建华教授、麻省大学夏强飞教授、清华大学吴华强教授、IBM杰出科学家Geffory Burr、加大洛杉矶分校王康隆教授、以及首尔大Cheol Seong Hwang教授的指导下，总结了当前四大忆阻材料的阻变和输运机制、电学特性、以及在生物启发式计算和高性能计算与信息安全方面的应用。我们希望这篇综述能为材料科学、电子科学、以及人工智能架起一座桥梁，既服务于前者来发掘新材料用于人工智能的潜力，同时服务于后者根据新材料硬件来优化软件和算法。

您的团队在忆阻器存算一体的神经拟态和机器学习等研究方向取得了众多高水平成果，您认为忆阻器器件在材料选择、性能突破和应用方面将存在哪些机遇呢？您的团队将继续在该领域开展哪些研究呢？当前基于忆阻材料的信息技术正蓬勃发展，很多领军团队都来自国内院校，他们开创性的工作为后续研究带来了非常多的机遇。材料方面，复旦大学周鹏教授（《InfoMat》编委）开创性地利用二维材料实现了忆阻型类脑计算和机器学习。机理上，北京大学杨玉超教授团队通过原子级表征深入剖析了忆阻机制。性能突破上，复旦大学刘琦教授团队通过引入低维材料实现了对忆阻机制的精准调控。应用方面，清华大学吴华强教授团队实现了超越数字电路的忆阻器机器学习和类脑芯片。

我们团队紧跟国内领军团队的研究步伐，主要探究如何把材料特性和器件结构、电路设计、算法优化配合起来，最大化的发挥忆阻材料在类脑计算和机器学习方面的优势。

脚踏实地、稳步前行、战胜挑战

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您的团队在顶级期刊上发表了许多优秀的原创性文章，站在科研人员的角度，您觉得从一个科研想法的提出到实现，整个科学研究过程中最具挑战性的是哪个方面呢？在这方面能分享一些您的经验吗？

我个人认为整个过程都充满了挑战和不确定性。科研对我来说是探索当前还没有的知识，第一个挑战即是选择合适的课题方向。我会通过阅读本领域大牛的工作来了解当前这个方向的前沿动态，同时在知识的边界上找到自己最感兴趣的探索点。在具体实现科研想法上我也遇到了很多挑战，例如实验和计算的细节中会存在各种不确定性，导致结果与预期不一致。降低不确定性的方法是针对每一个步骤，尽量多的查阅相关信息，让自己对每一个仪器每一个软件都了如指掌。

我们了解到您有多年在国外从事科研工作的经历，能否请您简单谈谈不同国家高校对研究生培养的差异以及科研环境的区别？您认为有哪些方面国内团队和课题组可以借鉴呢？

我觉得国内团队在研究生培养和科研上是非常成功的。尤其是在忆阻材料领域，我国科研团队硕果累累，在顶级期刊发表了众多重量级的工作。有很多海外忆阻团队已经开始借鉴国内团队的学生培养和管理经验。同时海外研究生培养也有一些自己特色，例如重视学生对科研的兴趣，我觉得值得借鉴参考。

愿《InfoMat》成为“领军旗舰”

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作为《InfoMat》的青年编委，能否请您简单谈谈对期刊的期许？您认为我们还可以从哪些方面努力提高期刊的水平和影响力？

非常期待《InfoMat》能成为国产学术期刊和杂志的领军旗舰。当前《InfoMat》不但吸引了国内在信息材料方向最一流的团队，同时也吸引了全球顶尖学者的聚焦。非常荣幸能成为编辑部的一员，期待在编辑部各位老师的带领下，不断吸引更多更好的工作，使《InfoMat》能成为国际上信息材料方向研究的标杆。

兴趣是源源不断地动力

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在选择研究生和博士生时，您看重他们哪些方面的品质呢？

我自己最希望他们对这个方向会有好奇感，会觉得很好玩。希望他们能在课题中找到自己最感兴趣的一部分，把自己的工作和兴趣能结合在一起，更好的发挥每一个人的优势和特长。

请您送一句话给已经踏上科研征途的博士研究生们。

做自己喜欢的科研。

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