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走近J. J. Thomson獎章首名女得主

劉紀美教授的生活與研究之路

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劉紀美教授從未讓自己的性別限制自己的志向。對於有志於躋身成功專業人士之列的年輕女性,她也樂於提供一些建議。
劉紀美教授從未讓自己的性別限制自己的志向。對於有志於躋身成功專業人士之列的年輕女性,她也樂於提供一些建議。 [Download Photo]
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在下次打開電燈時,請意識到:有約20%的電力消耗在傳統電燈的供電上。LED技術是一種革命性的節能和環保替代品,該項技術研究已持續20多年,而作為電子及計算機工程學系講座教授的劉紀美是這項技術研究的早期貢獻者之一。為了表彰她對化合物半導體材料和器件物理研究的重要貢獻,她獲國際工程技術學會授予J. J. Thomson電子學獎章,成為其44年歷史上首位獲得該榮譽的女性。她與我們分享她作為研究員、工程師、老師和母親的生活經歷。

劉教授說:「選擇一個研究主題就像預測未來。一些預測會成真,而另一些則不會。在選擇工程研究時,我們都想做一些人們關注的題目並獲得成果。最具挑戰性的是提出有遠見的想法,而進入新課題的時機也很關鍵。」

雖然如今LED照明普遍存在,但在20世紀90年代劉教授開始研究該主題時,這還是一個新穎的領域。當時少數研究者對LED的巨大節能潛力感到興奮,因為它們消耗的電量更少且不發熱,並且它們不含汞等有毒元素。劉教授回憶說:「引入這個想法是因為我覺得這很有意義和潛力,你可以說我的切入時機選對。」

自從用於照明的LED在市場流行使用後,劉教授便開始致力於使其小型化。她開發了高分辨率的LED微顯示芯片,相當於指甲大小,可用於構建三合一交通信號燈或虛擬窗戶,以及在AR(增強現實)和VR(虛擬現實)顯示器等應用中使用。

她開發的近眼微型顯示器可以貼在一副眼鏡上,並連接到相機以提供後視效果。她透露這個想法來自她走在香港狹窄人行道上的體驗。

她笑著說:「通常,兩個人必須在繁忙而狹窄的街道前後而行,我經常會與同伴走散。這激發了我嘗試創造一只後眼睛來追蹤我身後的人的想法。」

早期經歷與回到家鄉

劉教授說,她採取了實驗的研究方法:「我喜歡看到事物真實地運轉起來,而不滿足於僅僅是求解方程或模擬(simulation)。模擬給出了一些參考,但並不能說明全部情況以及創造實物。與科學家在發現自然中所扮演的角色不同,工程師是在設計產品的性能和成本之間找到平衡點的前提下,為了造福人類而創造實物。」

從香港培正中學畢業後,劉教授去了海外留學,獲得了明尼阿波利斯明尼蘇達大學的物理學理學學士和碩士學位,然後繼續在德克薩斯州休斯敦的萊斯大學攻讀電氣工程博士學位。

她說,獲得電氣工程博士學位是在探索物理學過程中的順勢而為。「電子工程學研究主要基於物理學。純粹的科學是人類對自然的理解,而工程則根據自然界定義的物理定律來創造新穎有用的東西,例如手機。」

劉教授的科大之旅始於1998年。當時她以訪問教授的身份來到科大,對其美麗的風景留下了深刻的印像。兩年後,她離開了在馬薩諸塞州阿默斯特大學的正教授職位,加入了科大的教師隊伍。

她說,在美國生活了多年之後,這感覺就像是回家。「我是香港人。我在這裡出生和長大,一直想回到自己的根源。另外,我希望我的女兒能夠在一個豐富多元的雙語雙文化環境中成長。」

炒蛋生活法

人們經常詢問劉教授如何平衡工作與生活,以及如何管理自己的時間。她回答:「許多人的生活就像煎蛋一樣,蛋黃是他們的工作,而蛋白是私生活。我的生活是炒蛋,混在一起。」多年來,她養成了「救火」的態度,使她可以隨時隨地工作, 並在最後期限完成個人和工作的承諾。

作為一名傑出的女工程師,劉教授說她從未讓自己的性別限制自己的志向。她說:「也許我的性格導致我不太關心別人對我選擇做事的看法。對於夢想成為成功專業人士的年輕女性來說,自己決定命運至關重要。」

她認為在工程項目中女性比例較低的主要原因是,大多數傑出能干的女性都有很多選擇。「她們可以根據自己的興趣選擇藝術商業科學醫學,或任何學科,並且她們可以在任何這些領域中脫穎而出。她們也或許因為家人的意願而進入在經濟上更有回報的領域。」

她說,她只提供建議,但不指示年輕人他們可以/應該和不能/不應該做什麼。「當十八歲的孩子對大學的專業選擇不確定時,我建議他們像我一樣進入工程領域,因為它為解決問題的分析技能提供了強而有力的培訓。一旦他們以後發現自己的喜好,他們就可以改變方向,基本上可以做他們想做的任何事業。我還列舉了我們圈子中的一些例子。」

不要急﹑但要快

劉教授堅信創新和經驗是取得科技突破的主在要素。「我總是告訴學生連通能力是最重要的。當學生抱怨在某些課程中學到的東西沒有用時,我說未必是課程沒有用,而是他們還沒有弄清楚如何將新獲得的信息與他們的經驗和知識聯繫起來。」

她的教學理念是根據學生的能力和性格制定教學方法。有些學生較積極主動,而有些則需要較多的指導和鼓勵。她將這種哲學應用於一對一合作的研究生身上,借用孔子的話——「因材施教」。

劉教授采用了一句看似矛盾的香港俚語作為她實驗室的座右銘——不要急,但要快(唔使急,最緊要快)。「進行研究就像參加馬拉松比賽一樣。不能急,因為你必須思慮周全,要去認真進行實驗並得到可重復獲得的結果;但也需要快速,以便能成為在同行中第一個報告結果的人。」

燈塔長明

在她自己的職業生涯中,劉教授的研究天份得到了回報。她獲得了很多榮譽,J. J. Thomson獎章只是她獲得的眾多榮譽中最新的。她是IEEE、OSA和HKAES院士,獲得了OSA小尼克·霍尼奧克獎、IEEE光子學協會阿隆·克雷塞爾獎和美國國家科學基金會(NSF)女科學家和工程師獎。

她說:「我為每一個獎項感到驕傲。這些都是對我組研究人員多年來做出的重大貢獻的認可。我們取得的豐碩成果得到了同行的贊賞,這是非常令人鼓舞的。」

不過,她不滿足於固步自封,強調仍然有許多研究問題需要解決。她目前正專注於電子和光子學的集成。

「在任何情況下,都需要迅速高效地傳輸和處理大量數據。電子電路越小,信號傳遞越快。現在可以制造小至幾納米的晶體管。集成電路中的光(光子)有助於進一步加快數據傳輸速度。至於如何增強半導體光子集成電路的性能?這就是我們現在正在研究的,這是一項永無止境的任務。」

出於對探索和闡明集成光子學和微電子學的新途徑的強烈渴望,劉教授將繼續作為下一代工程界的燈塔。她說:「對我來說最有意義的是看到以前的學生事業有成並跟他們成為一生的朋友。」

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