【年輕學者】成大 90 and beyond 計畫學者路克史密斯 研究成果登國際期刊 PRL
文、圖／陳意安
成大「NCKU 90 and Beyond」計畫研究助理教授路克．史密斯（Luke Smith）
成大新進學人傳捷報！國立成功大學「NCKU 90 and Beyond」培育計畫助理研究教授路克．史密斯（Luke Smith）2021 年 11 月甫到成大即以第一作者發表文章，內容為藉由產生自旋軌道交互作用，進而達到全電性控制近藤效應的實驗結果，結合理論加以實證，獲刊「物理評論快報」（Physical Review Letters，簡稱PRL）。
PRL 為物理與數學領域享譽盛名的國際級期刊，每天湧進全世界學者的投稿，競爭激烈且審查嚴謹，僅四分之一的文章能獲選刊登，其中，又僅有七分之一的機率能入選為「編輯精選」（Editors’ Suggestion），能被刊登即是對於內容質量的肯定，因此在學者之間獲得高度推崇。
成大前沿量子科技研究中心助理研究教授路克．史密斯是獲刊文章〈Electrically Controlling the Kondo Effect〉的第一作者，他與成大研究團隊展示了全電性控制近藤效應的方法，此結果將有利於人類對產生自旋電子交互作用的元件與量子電腦（spin-based quantum computer）有更高的掌握度、提升對元件效能的認知，並且啟發研究人員對於後續應用的想法。
1930 年代科學家發現摻雜磁性雜質的合金會隨著溫度下降電阻越小，但一旦超過某一臨界溫度（近藤溫度），此種合金的電阻反而會增加，日本科學家近藤淳於 1963 年提出產生該效應的量子交互作用理論，解釋發生的原因，而這種現象也因此被稱作「近藤效應」。
路克便利用這項特性，結合帶有「自旋軌道交互作用」（Spin-orbit-coupled system）特性的材料，證實能透過全電性的方式對近藤效應的峰值位置加以控制，避免磁場對精密元件的過多干擾，達到材料導電的靈活運用，也能增加更多操控元件的選項，做更多電子工程實驗上的變換。路克巧妙結合量子元件的諸多特性，利用自旋軌道交互作用，進而達到「全電性」的控制近藤效應，正是這項研究的創新與突破之處。
為此，研究者需要充分了解何種材料會產生「自旋軌道交互作用」，而許多創新材料的特質又是在近 10 年才逐漸被驗證，若非長期且深入的研究，無法有這項建樹。「而且，就算實驗已經做出來，還是會面臨質疑。」路克說，在學術界裡，除了靠實驗證明，還需要有理論佐證才能服眾，因此路克與成大工科系助理教授陳宏斌合作，結合陳宏斌教授的運算能力，讓研究實驗有完美詮釋，證明全電性控制近藤效應是可行的。
成功大學工科系助理教授陳宏斌（左）與成大助理研究教授路克史密斯（右）一同合作的研究成果登上國際期刊PRL
路克透過 NCKU 90 and Beyond 培育計畫於2021年8月加入成大前沿量子科技研究中心（QFort），因疫情關係，11 月才正式到校。而能獲得 PRL 刊登，除了歸功於路克對於材料特性的了解與設計實驗的巧思、深耕研究領域的長期累積，路克與成大教授之間的深厚友誼也扮演了重要的角色。
路克大學與碩士皆是主修電機工程，在牛津大學攻讀碩士學位期間以優異成績取得 3 年的獎學金，並執行薄膜的光熱偏轉效應（photothermal deflection of thin membranes）研究，碩士畢業後則在劍橋大學攻讀物理博士學位，期間共主筆 3 篇國際研討會論文與博士論文，並發表於國際研討會。
在劍橋大學就讀博士時，路克結識了當時同在劍橋念博士的成大物理系陳則銘教授，待路克成為劍橋的博士後研究員，而陳教授返回台灣，兩人則進行台灣與英國之間的跨海學術合作。2017 年，路克曾應陳則銘教授之邀到成大合作二維材料與自旋電子學的研究，不僅因為兩人的默契讓研究可以順利推展，同時路克也充分感受到台灣天氣、美食與環境的美好，萌生在臺灣發展的念頭。儘管當時只待了短短 1 年就返回劍橋大學做研究，但路克還是努力學中文，並在回國後持續進修，維持語感，就為了未來有一天能重返臺灣。
陳宏斌老師與Luke老師專注討論研究
提起他此次遠渡重洋而來，路克說，儘管他父母皆是英國人，但他實際上是在非洲出生，6 歲時才回到英國，也因此讓他建立了不同的世界觀而不會自我設限。路克認為，到另一個國家能認識不同文化的思考，進而從中學習、激發創意。儘管在多次參加國際研討會中曾造訪日本、韓國、澳洲與歐洲等地，但繞了一圈仍舊鍾情於臺灣，因而在 2020 年成大展開了 NCKU 90 and beyond 培育計畫時，毫不猶豫地提出申請，來到臺灣與好搭檔陳則銘教授一起工作。
路克說，早在 2017 年來台灣，就發現自己很喜歡台灣的環境，此外，他認為成功大學是一所研究頂尖、環境優良的學校，而陳則銘實驗室裡的學生除了聰明與努力，也對研究自動自發，因為與陳則銘教授建立良好合作關係，使成大成為不二之選。透過 NCKU 90 and Beyond 計畫，路克不只重新踏上這片土地，更與共事已久的師生團隊延續合作。
路克說：「這項計畫就像是一道橋樑，讓我能實現我的計畫。」未來，他計畫在台灣深耕，建立研究團隊，專注於解決二維材料（2D materials）於運算中面臨的挑戰，包括二維材料製程設備的可擴展性、善用二維元件優勢並了解其操作與量子特性，以利後續能被應用到更多電子工程相關產業之中，讓研究能真正落實。
在教育部高教深耕計畫的經費支持下，NCKU 90 and Beyond 培育計畫自2019 年啟動，透過招募不同領域的海外優秀博士級學者到成大任教或從事研究工作，不僅能提升校園整體的研發量能與成大在國際上的綜合聲譽，亦能使學者在經濟狀態無虞的狀態下，全心投入研究工作中，創造雙贏。
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新聞中心
更新日期:
2022-03-07