简介
GIST
主持人：香港电台公共事务组
身处世界关键的转折，需要眼界和知识。
每个星期六，我们会邀请一位科学家，介绍在其研究范畴内一个正在影响世界未来发展、我们不可不知的趋势，以专业和视野来培养具前瞻的预测与洞察力。
每个星期六，我们会邀请一位科学家，介绍在其研究范畴内一个正在影响世界未来发展、我们不可不知的趋势，以专业和视野来培养具前瞻的预测与洞察力。
星期六早上，让我们看远一点，看到未来的无限可能。
监制: 林嘉瑜
制作: 张璟莹
监制: 林嘉瑜
制作: 张璟莹
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07/12/2024
新型半导体材料 助减电力转换能耗
嘉宾:香港科技大学电子及计算机工程学系副教授黄文海
「我是黄文海，现时任职香港科技大学电子及计算机工程学系副教授，我的研究兴趣为半导体材料和微电子芯片技术方面，我现时专注第三代和第四代，即是新型半导体材料的基础和应用研究，这些技术主要会在高功率电子领域，或称为「电力电子领域」有很多应用的场景。」
电力电子技术的应用，会对世界有何影响？ 其中一个例子是新能源方面。各地致力减少温室气体排放，越来越多国家尝试使用新能源取代化石能源，而改用电动车，亦即是新能源汽车是大势所趋，正因为这样，带来了半导体支持新能源汽车行业的需求。
「另一个例子就是储能产业。储能即是能源储备，是全球经济发展和经济复苏需要考虑的一个重要环节。就如太阳能，我们希望尽量利用天然资源，不要浪费，便需要一个硬件电力系统，负责储备大自然给予我们的天然资源。储能产业亦能够为新能源产业往后的发展，注入强劲的动力。据一些相关研究显示，以香港为例，如果可以充分利用香港建筑物天台安装太阳能板时，每年本地可生产最高约八亿八千万千瓦时(kilowatt-hour)的电能。在这个背景之下，香港虽然寸金尺土，但我们城市是试验太阳能储能产业的其中一个好地方。储能产业不单止在香港具有经济价值，亦有效优化香港土地资源里的电网配置，可以节省工商业的用电成本，亦可以解决能源过剩的问题，产生社会效益。
最后一个关于电力电子领域可以产生影响的地方，可能大家不会想到相关性，其实是与资讯科技有关。我们今日身处一个资讯流通的时代。物联网(IoT)和人工智能(AI)均牵涉到许多数据流通和交换。背后资讯及资料的储存、处理都需要数据中心协助。数据中心是什么？就是处理公司、个人或政府所需要的记录或运算的资料。数据中心由许多电脑伺服器、储存设备及一些网络设备组成。它们电力供应当然需要稳定，由于数据量高并且流通量多，耗电量大，我们都关心它们电源使用的效率。所以数据中心的电力供应和管理方案，以及它们之间如何互相整合，亦都变得日益重要。」
由于现今世界追求高能源效益和减低碳排放，对于新式微电子技术的技术要求变得更加严格。 而新一代电力电子技术有助发展高效能的储能系统、新型电动车技术和数据中心内的高效能电力系统。
「我们其中一个研究方向，就是开发出一些适用于电力电子系统的功率变换要求的新型半导体技术。刚刚我提及的第三代、第四代半导体，即新一代的半导体，亦称为「宽禁带半导体」。我们的研究正大力推动这些新的半导体技术，推动建构新型电力系统，加快推动新型电力系统的高品质、规模化发展。电力电子技术作为这些功率转换系统当中的核心，其实一直以来都是由低成本和可靠的传统半导体技术「硅」(Silicon)所主导。但为了适应新产业对于更高的功率密度，和更高的能源转换效益要求，「硅」其实有少许力有不逮。所以现今我们都想开发许多新型半导体，当中包括「碳化硅」(Silicon Carbide)和「氮化镓」(Gallium Nitride)，这两个材料为主的宽禁带半导体。过去几十年，工业界和学校付出了很多努力，抢占了一些比较高端的市场。两者是第三代半导体所制造的微电子芯片，它们的优势就是具有比「硅」(Silicon)更高的耐压能力，以及更低的功率损耗，已经成为许多高效功率转换器内一个重要的部分。Tesla在最近一年内，便公布推出了以「碳化硅」成为它们电动车内一个很重要的半导体技术。
除了这两种材料之外，近年我们亦注意到一种所谓「超宽禁带半导体」，作为继第三代半导体后一种更加新型的半导体材料，就是所谓的第四代半导体。它们具有更加优异的潜力，亦都迅速崛起成为下一代电力电子技术的一个研究热点。相比起第三代的「碳化硅」和「氮化镓」，第四代半导体的材料包括「氧化镓」，一种氧化物，以及我们可能不觉得它会是半导体的金刚石，亦即是钻石，女士手上的首饰，其实都可以是一种半导体材料。它们不单止具备新能源技术所需要的高压、低损耗性能，而且都可以有机会满足到新产业规模化应用所需要的低成本需求。」
重温
CATCHUP
10 - 12
2024
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以数学描绘世界
主持人：香港电台公共事务组
嘉宾: 香港大学谢仕荣卫碧坚基金教授（数学）及数学系讲座教授莫毅明
「我是莫毅明，是香港大学数学系讲座教授，亦是明德教授，是谢仕荣卫碧坚基金教授。我的研究领域是基础数学或纯数学，专注研究复分析、复几何、代数几何及其应用。总括来说，我会将自己称为一个纯数学的专家，我觉得纯数学会越来越有用，将来纯数学的专家应该在各个方面都要认识，他们需要寻求这些已经发展出来的领域的界面，而在界面上发展一套新的理论去解决一些新问题，和寻找应用。」
「我是莫毅明，是香港大学数学系讲座教授，亦是明德教授，是谢仕荣卫碧坚基金教授。我的研究领域是基础数学或纯数学，专注研究复分析、复几何、代数几何及其应用。总括来说，我会将自己称为一个纯数学的专家，我觉得纯数学会越来越有用，将来纯数学的专家应该在各个方面都要认识，他们需要寻求这些已经发展出来的领域的界面，而在界面上发展一套新的理论去解决一些新问题，和寻找应用。」
数学一般分为纯数学、应用数学和数学科学。 教授认为，纯数学和应用数学之间的分界模糊，进行纯数基础研究的时候，未必一定知道应用场景是什么，不过纯数学正正提供了理论，令后人或者其他领域的专家，可以总结出应用的方式。
「 举例今天的电子通讯，所谓的密码学，其实很多时候都是利用数论的方法。 数论是历史悠久的一门学问，如果说得比较远的话，其实由希腊已经开始有了，数论提出解决整数方程的方法，例如一个方程能否有解，如果有解的话，有几多解，是回应这一类的问题。 今时今日我们经常用到密码学的方法，其实是从一些数论方法提取出来。 在将来的世界，量子计算机会发展出来，量子计算机会令一些传统密码学的方法不可以应用，因为现在量子计算的方法可以破解经典密码学所用的方法，将来很可能会应用更加丰富的数学内容。另外，纯数学有很多理论问题，例如会研究对称。 对称有很多种形式，对称在物理学上会应用到，在方程式的解当中也可以应用，代数里面亦应用到。 如果我们没有理论，当你解决了三次、四次方程之后，会有好多人尝试去解五次方程。 因为当时三、四次方程式的解，是一个很大的发现，但后来数学理论就得出这样的结论，就是如果要解五次方程的话，这种方法行不通。 如果没有理论支撑的话，你只会花好多时间去做没可能做到的事。 」
展望未来，数学对后世的影响，包括会引导人工智能如何发展。
「人工智能最基础的是数学理论，例如需要用神经网络。 目前来说，人工智能很多成功的例子，是一种经验主义或实证哲学的方法，就是我们知道它可以行得通，但我们往往不知道，为何行得通。 所谓知道行得通，就是某些程式行得通，但是不明白其根本原因时，就往往会出现问题，譬如它的可信度有多高，诸如此类的问题。 数学一定是可以帮助我们去解释人工智能基础能够成立的原因，或者引导它将来某些发展。人工智能其实很多方面都需要用到纯数学里面的方法，当然它有很多是近似值的方法，或者优化理论的方法，但这些都是取材于纯数学里面的方法，例如微积分、微分方程、泛涵分析等各种方法都会应用到。另外，在生物学中有生物数学，生物数学和物理中用的数学有一定的分别。生物所学的发展将会是一个重要的范畴。我相信这个也会用到很多纯数学的方法，例如概率论、图论、优化论等。数学整体来说，对将来的影响，我想除了这些具体的应用之外，还有的就是理念。 随着社会的发展，一般人或者在大学教育中，基础数学的认识应该提升。 在很多地方，微积分是一个必须修读的课程，不论是文科或者理科生，这都是基础的知识来的。我们要描绘这个世界，需要有很多数学的方法，包括微积分和线性代数，这些其实在我们的日常当中都在应用，或许很多人并不知道正在应用的方法。」
展望未来，数学对后世的影响，包括会引导人工智能如何发展。
「人工智能最基础的是数学理论，例如需要用神经网络。 目前来说，人工智能很多成功的例子，是一种经验主义或实证哲学的方法，就是我们知道它可以行得通，但我们往往不知道，为何行得通。 所谓知道行得通，就是某些程式行得通，但是不明白其根本原因时，就往往会出现问题，譬如它的可信度有多高，诸如此类的问题。 数学一定是可以帮助我们去解释人工智能基础能够成立的原因，或者引导它将来某些发展。人工智能其实很多方面都需要用到纯数学里面的方法，当然它有很多是近似值的方法，或者优化理论的方法，但这些都是取材于纯数学里面的方法，例如微积分、微分方程、泛涵分析等各种方法都会应用到。另外，在生物学中有生物数学，生物数学和物理中用的数学有一定的分别。生物所学的发展将会是一个重要的范畴。我相信这个也会用到很多纯数学的方法，例如概率论、图论、优化论等。数学整体来说，对将来的影响，我想除了这些具体的应用之外，还有的就是理念。 随着社会的发展，一般人或者在大学教育中，基础数学的认识应该提升。 在很多地方，微积分是一个必须修读的课程，不论是文科或者理科生，这都是基础的知识来的。我们要描绘这个世界，需要有很多数学的方法，包括微积分和线性代数，这些其实在我们的日常当中都在应用，或许很多人并不知道正在应用的方法。」
