2015年4月23日 星期四

智慧環保網

鄉長、議長,

今天接到社區管委員通知,說清潔隊自4 26 日起會嚴格實施垃圾不落地政策,並對違規者予以裁罰。

垃圾不落地是既定政策,裁罰依法有據,本來無可厚非。但是已推行如此之久的政策無法完全落實而需要以罰責來規範,恐怕本鄉的實際執行狀況有值得檢討的地方。

我父母居住在彰化縣一個人口稍為稠密的鎮上。垃圾車每天準時來到,前後誤差不超過五分鐘。而且垃圾車經過時車速緩慢,挨家挨戶接受傾倒。我父親年邁已近九十,但聽到少女的祈禱樂聲之後再拿垃圾出門傾倒仍然從容有餘。所以地方上沒有落地的垃圾。顯然在可以方便執行時,台灣的公民是很文明的。

反觀本鄉清潔隊於較大型偏遠社區的執行業務方式為只停留於少數地點接受傾倒,在接受傾倒後即疾馳離開,而且每次抵達時間落差甚大。造成的結果是居民必須提前將垃圾提往固定地點守候。如果聽到樂聲之後才自家中出發,往往已經來不及。我曾經數次目睹年長鄰居因提垃圾跑步而跌倒在地,而鄰居也多有類似經驗-撐著雨傘在雨中於戶外苦等長達四、五十分鐘。這些原因造成很多居民委託警衛代為傾倒垃圾。所以無法貫徹垃圾不落地的責任,有一部份在本鄉清潔隊的執行方式。這個現象可以請鄉公所委託有工業工程專長的人實地觀測取得數據即可得知。也可以記錄下居民每天為清潔隊工作方便必須付出的等候時間。

我建議幾個方法來貫徹垃圾不落地政策又不必讓鄉民每天苦候。一是垃圾車抵達各收集定點要準時。這點在人口較稠密、可能於搜集時有較大起伏的鄉鎮都做得到,我不知道本鄉為什麼做不到。如果能做得到,則居民無需等候,在惡劣天氣毋需長期滯留於戶外,政策很容易配合。二是行車緩慢些,挨家挨戶收。這種做法毋需嚴格控制抵達時間,但居民在聽到樂聲後可以從容傾倒,也是可以貫徹垃圾不落地政策。至於車速要控制在怎樣的範圍,以及其如何影響清潔隊工作效率,亦可請工業工程專家評估。但前兩種方法即使在其它鄉鎮為實施常態,但很顯然的本鄉清潔隊為其工作方便所不採,那麼我建議以科技的方式來解決。在每部垃圾車上裝置 GPS 裝置,而在鄉公所網路上讓鄉民下載 APP,瞭解服務於某區域垃圾的行蹤。則之前清潔隊的執行業務方式仍可維持,而居民不必在戶外苦苦等候,垃圾不落地政策也可以輕鬆落實。這樣的技術並不困難,台北市公車已行之有年,所需花費也不大。但是一來可以便民,而清潔隊也容易調度、管理垃圾車。而且可以利用此 APP 宣導環保政策,甚或置放地方廣告以充裕鄉庫-這是每戶近乎每天要點閱一次以上的網站。至於實施,本鄉鄰近科學園區,可以爭取系統廠商免費試點,因為這類智慧網路有商機。或爭取成為中央智慧環保網的測試點,有機會免費實施、又率先成為智慧環保鄉鎮。這可能可以改善鄉民的生活,也是你們的政績。


                     鄉民

2015年4月20日 星期一

風向與轉向

這是今年杜聰明獎的兩個得主,Prof. Dr. Waser Prof. Dr. Felser

杜聰明獎是為了促進台德合作而設立的獎,今年是第八屆。相對的,德國那邊有洪堡獎,台灣的得主有中研究院院長翁啟惠等。

今年的得獎人 Waser RRAM,而 Felser 做磁性材料,與自旋電子學中 STT RAM 有直接的關係。杜聰明獎是科技部頒發的,雖然有獨立的審查委員,但從得獎題目,大概也可以揣測科技部的新品味。

照片有兩張,我喜歡有支票的那一張,實惠麼!

Claudia Felser 新婚,其夫婿是發明 race track memory Stuart ParkinStuart Parkin 是讓 GMRTMR 真正變成硬碟讀取頭的人,卻在 2007 年與諾貝爾獎失之交臂,令人為之扼腕。

Claudia Felser 現在啟動了一項歐盟計劃,用三元素來 "發明" 新元素。三元素就是用三種化學元素合成新物質,藉以取代稀有的、貴重的、高污染的元素。我笑她說要重新發明週期表。過去這樣的研究總讓人家想起化學家拿起試管攪動玻璃棒的畫面,現在這樣的研究有新手段。可以先用超級電腦的套裝軟體分析能帶結構,找出可能的穩定結構及其諸種性質,然後才做實驗。通常計算預測與實驗吻合的程度驚人。這是一項會對民生、經濟、環保及國際戰略都會有直接貢獻的研究。

我以前做高能物理理論,喜歡其中抽象心智的思考。但是如果人家問我可以做什麼?我只好聳聳肩,也許可以做雷根當年 Star Initiative 的粒子束槍吧!現在做凝態物理,也許用不到許多以前修過數學博士班中的高等數學如代數幾何、高等數論等,但是心中另有一種踏實,那是入世的感覺。

風向與轉向

這是今年杜聰明獎的兩個得主,Prof. Dr. Waser Prof. Dr. Felser

杜聰明獎是為了促進台德合作而設立的獎,今年是第八屆。相對的,德國那邊有洪堡獎,台灣的得主有中研究院院長翁啟惠等。

今年的得獎人 Waser RRAM,而 Felser 做磁性材料,與自旋電子學中 STT RAM 有直接的關係。杜聰明獎是科技部頒發的,雖然有獨立的審查委員,但從得獎題目,大概也可以揣測科技部的新品味。

照片有兩張,我喜歡有支票的那一張,實惠麼!

Claudia Felser 新婚,其夫婿是發明 race track memory Stuart ParkinStuart Parkin 是讓 GMRTMR 真正變成硬碟讀取頭的人,卻在 2007 年與諾貝爾獎失之交臂,令人為之扼腕。

Claudia Felser 現在啟動了一項歐盟計劃,用三元素來 "發明" 新元素。三元素就是用三種化學元素合成新物質,藉以取代稀有的、貴重的、高污染的元素。我笑她說要重新發明週期表。過去這樣的研究總讓人家想起化學家拿起試管攪動玻璃棒的畫面,現在這樣的研究有新手段。可以先用超級電腦的套裝軟體分析能帶結構,找出可能的穩定結構及其諸種性質,然後才做實驗。通常計算預測與實驗吻合的程度驚人。這是一項會對民生、經濟、環保及國際戰略都會有直接貢獻的研究。

我以前做高能物理理論,喜歡其中抽象心智的思考。但是如果人家問我可以做什麼?我只好聳聳肩,也許可以做雷根當年 Star Initiative 的粒子束槍吧!現在做凝態物理,也許用不到許多以前修過數學博士班中的高等數學如代數幾何、高等數論等,但是心中另有一種踏實,那是入世的感覺。




2015年4月18日 星期六

乃姬酒試酒

這是今年三月三日得 Le Trophée Vinalies Internationales 的烈酒,四月中才開賣。基於兩個原因,我買了幾瓶試試。第一個原因是想知道高濃度的水果烈酒嚐起來如何。除了 cognac 外,一般的烈酒大都是穀物釀造的。水果基底的酒,少有製作到 104 度的。另一個想知道台灣的釀酒產業到底進步到什麼地步。我的老家自日本時代就產葡萄,日本人拿它來釀葡萄酒。後來公賣局又契作金香葡萄,也是拿來釀酒。可公賣局釀的都很難入口,遑論現在的私人酒莊。所以雖是地方特產,卻很難出手送人。

Kavalan Single Malt Whisky 最近屢獲國際大獎。有人說那些老窖才不肯送來比賽,幹麼跟一群後生小子爭風頭?但無論如何,在新秀中獨占鰲頭,也是光彩的事。

乃姬酒前天到手後試了幾次。第一次只得一抿,停放在口中消受。當然沒有粗糙烈酒的剌燙,否則就甭繼續試下去了。酒的香氣有荔枝的香味,也聞得到甜味。但入口時就沒有甜味,好。初入口時覺得酒味醇厚,用醇厚二字形容酒實在無可奈何,就像記者問一般食客食物的味道,回答不外是順口、肥而不膩這些陳腔爛調,這是用文字來表述官感的天然障礙。但喝酒的人總是知道醇厚的滋味的。然後酒味在口中殘留約莫廿、卅分鐘,猶留有一抹淡淡的香味。如果以大陸白酒四大香型來分,乃姬酒偏清香型。

昨晚份量加多,加了冰塊。初入口覺得不如室溫時的滑順,這酒雖是水果酒,不加冰的好。加了冰,酒和香氣都淡了。喝至微醺,睡了。一覺到清早,沒有 hangover,中間也沒有像一些知名的穀物類白酒,酒味雖好,卻總要在清晨兩、三點將人叫醒。也沒有「來日大難」要人口躁唇乾的感覺。覺得放心了,今天將一瓶新酒送給來台受頒獎的友人,這是台灣的新特產。

寫這文章時,又倒了杯底薄薄的一層,放在手邊。這酒本來就不像有些傳統白酒的霸氣,一開瓶就酒香四溢。不小心灑了,一屋子要醺醺然兩三天。乃姬酒大概隔著一尺,還可以微聞其香。拿乃姬命名,又想起張愛玲說:「《金瓶梅》裏寫孟玉樓行走時香風細細,坐下淹然百媚」,這個比擬很是貼切,比直接去寫氣味生動多了。酒底是玉荷包荔枝,這與美人也沾得上邊,一騎紅塵妃子笑。我覺得酒底選得好。如果單是吃生果子,我更愛糯米糍。然而玉荷包中有水果酸的酸尾,除了荔枝味外,不只是單純的甜。這樣的香味有多層次,小山重疊金明滅。初試啼聲,這樣子不容易了。

2015年4月16日 星期四

自旋電子學的發展現況

 一個電子基本上有兩個特性可以被應用於電子元件中:電荷及自旋 (spin) [1]。電荷大家比較熟悉。至於自旋,可以將電子想像成一個自轉的電荷球。因為轉動的物體具有角動量 (angular momentum),自旋就是一種角動量,有大小也有方向,是個向量。而移動的電荷就是電流,根據畢奧 - 薩伐爾定律 (Biot-Savart Law) [2],電流會產生磁場,因此電子可以把它想像成一塊小磁鐵,而這磁鐵的磁矩 (magnetic moment) 正比於其自旋。所以自旋與磁的現象有關。這大概是自旋能以古典的方式類比的最大極限。其實自旋是一種量子現象,它的很多的行徑是無法以古典的方式做類比的。

過去的微電子學都只是利用電子來產生、傳遞、處理以及儲存訊息。自旋的特性以前沒有被充份利用是因為自旋的方向不是守恆量,比較難以利用它來產生、傳遞處理以及儲存訊息。隨著物理學的進展,現在對自旋的暸解及掌握較精確,其技術已開始被應用到電子設備,包括磁碟的讀取利用巨磁阻 (GMR [3]; Giant Magneto Resistance2007年獲物理諾貝爾獎題目。卻早自 1996年開始量產)、穿隧磁阻 (TMR [4];Tunnel Magneto Resistance2005年開始量產) 大幅提高磁碟的儲存密度、利用霍爾效應 (Hall Effect [5])、各向異性磁阻 (AMR [6]; Anisotropic Magneto Resistance)、巨磁阻、穿隧磁阻來設計、製造手機及未來所有行動裝置必備的電子羅盤 (E-compass)中的磁阻感測器 (magnetoresistive sensor) 等。研究如何以自旋的特性於電子裝置的應用就叫做自旋電子學。可以說現在每個人的身上、生活及工作環境都至少有數個自旋電子學元件。而且在以後的日常生活中,自旋電子學元件的數目會迅速增加,特別是在物聯網 [7] 的領域,譬如在智慧電網 [8] 中,前述的磁阻感測器就可以應用於電流的偵測。

於傳統半導體的領域中,自旋電子學首先被應用於記憶體。磁阻隨機存取記憶體 (MRAM [9]; Magnetoresistive Random Access Memory) 由於其非揮發性、高可靠性、低能耗、抗幅射等特性,首先被應用於航太、高端汽車零件等的應用,目前已進入量產、商業應用的階段。

磁阻隨機存取記憶體的進化版自旋轉矩移轉隨機存取記憶體 (STT RAM [9]; Spin-Torque Transfer Random Access Memory) 由於其較較磁阻隨機存取記憶體所需寫入電流為低、尺寸較小,預計在未來兩年內會被導入半導體製程,首先應用於嵌入式動態隨機存取記憶體 (embedded DRAM) 及嵌入式靜態隨機存取記憶體 (embedded SRAM)。特別是中央處理器 (CPU) 中需要各級的高速緩存 (cache),而未來動態隨機存取記憶體難以隨製程繼續微縮,嵌入式自旋轉矩移轉隨機存取記憶體將可望填補此一空缺。目前全世界半導體大廠,包括生產中央處理器的以及代工的半導體廠無不戮力以赴於此方向的研究。

短期間內自旋轉矩移轉隨機存取記憶體在寫入電流、熱穩定性、數據保留時間等諸種因素的權衡下,記憶體單元尚無法達到理論的最佳值 6F2,因此記憶體單元的尺寸尚無法與動態隨機存取記憶體相比。但由於自旋轉矩移轉隨機存取記憶體的一些工作特性較動態隨機存取記憶體為佳,有可能在未來 3~5 年內在某些市場區位以單獨 (stand alone) 的記憶體產品方式出現。另外,如果在數據保留時間以及三維製程上有所突破的話,也有可能切入快閃記憶體的市場。

但是自旋電子學於半導體的應用不只於記憶體。十幾年前磁阻隨機存取記憶體出現時,當初就指出也可以應用於邏輯的運作,亦即它也可能被應用於電晶體。現在投入於自旋轉矩移轉隨機存取記憶體研發的大廠,也都將觸角延伸到邏輯運作的領域。一個可能的圖像是自旋電子學立足在現有的半導體基礎上,先以嵌入式元件的方式切入積體電路,然後由於其工作特性的改良以及尺寸的微縮,逐漸擴散到更大的應用範圍。可以想像的自旋電子學目標是以自旋來傳遞訊息,而不是像目前的半導體以金屬線傳遞電子。後者有焦耳效應 (Joule effect [10]),是目前各種電子裝置能耗的主要原因之一。所以自旋電子學不是單一的產品技術,而是一種產業技術,有可能在未來引發典範轉變 (paradigm shift)

自旋電子學元件較傳統半導體元件較優良的特性較主要的有:
1.        低能耗:如前所述,自旋在傳遞時能耗較低。另外,以自旋電子學元件在操作時改變狀態所需的能量僅為翻轉磁矩的能量,較一般電子學元件操作能耗要低。所以自旋電子學為一節能技術
2.        可靠性 (reliability) 高:一般電子學元件操作時,可能因電流經過而逐漸損耗元件材質。自旋電子學元件操作時,主要涉及電子自旋轉矩的轉動,不會牽涉到原子結構的破壞或重組,所以可靠性高。這也是為什麼自旋轉矩移轉隨機存取記憶體在與諸多新型記憶體如相變記憶體 (PCM [11] Phase Chang Memory)、電阻隨機存取記憶體 (RRAM [12]Resistive Random Access Memory) 等比較時能脫穎而出的原因之一。

與傳統電子學、半導體產業相較,自旋電子學與基礎科學的研究仍然維持密切的關係。以自旋轉矩移轉為例,目前仍然是頂尖學術期刊如《Nature》、《Science》等的熱門題目,主要原因是自旋轉矩移轉隨機存取記憶體工作特性的持續改善有賴於新材料、新工作機制的引入。新材料譬如拓樸絕緣體 (topological insulator [13])、二維材料 (2-D materials [14]) 等。因為在基礎科學的研發又能同時帶動新產業的發展,除了傳統的半導體大廠之外,許多國家是傾國家之力,設立自旋電子學研究中心推動此領域的快速發展,包括美國、大陸、俄羅斯、日本、德國、法國、西班牙、新加坡等。台灣有電子與半導體產業,對於此剛揭幕的科技與科學競爭有基礎的優勢,也沒有理由缺席。

參考文獻:
[14]: http://en.wikipedia.org/wiki/Two_dimensional_semiconductor