與時間賽跑的物理學家薛其坤的故事

　　他既探索如何同量子世界交流，又保持同外界、學界的對話;當中國科學院院士、清華大學副校長等光環籠罩著他，他更習慣學生叫他“薛老師”;他說，實驗室生活與其說是刻苦，不如說是忘我，科學發現沒有第二，需要爭分奪秒，沒有退路……他就是與時間賽跑的物理學家、量子反常霍爾效應的發現者薛其坤。今天小編就來分享與時間賽跑的物理學家薛其坤的故事,希望讀者喜歡。

　　與時間賽跑的物理學家薛其坤的故事

　　勵志人生

　　薛其坤的人生經歷，可謂是“知識改變命運”的最好注腳。對此，清華大學物理系前主任朱邦芬院士說，“其坤出生成長在貧困的沂蒙山區，少時的艱苦生活練就了他特別能吃苦的堅韌性格。他遇到過許多困難，但總是樂觀面對。”薛其坤自己則開玩笑地說，之所以要來北京讀研，是因為家里困難，想在研究生畢業后能找個好工作改善生活。

　　在山東大學本科畢業后，薛其坤被分配在曲阜師范大學當物理教師。盡管以“孔子故里”而著稱，曲阜在山東省并不算是經濟發達地區，曲阜師大的學生們畢業后大都當中學教師。為了改變命運，他和自己的學生一樣踏上了考研之路。在經歷兩次失敗后，他終于在第三次考研時取得成功，成為中科院物理研究所的研究生。

　　考入中科院物理所當研究生后，他的科研道路也并非坦途。1990年碩士畢業時，已經有了家庭和孩子的薛其坤選擇了繼續讀博。

　　1992年，日本東北大學教授櫻井利夫來中國訪問，要從中科院挑選中日聯合培養的博士生，薛其坤獲得了去日本東北大學留學的機會。

　　這是薛其坤學術生涯的一個重要轉折點，然而這個轉折點卻充滿汗水和磨難。

　　櫻井利夫的實驗室被稱為“7-11”實驗室，學生每天早七點之前必須到實驗室簽到，晚十一點以后才能離開，中午無午休，僅有吃飯時間。

　　在被“7-11”魔鬼式作息制度折磨的同時，薛其坤還要忍受不懂日語的精神折磨。由于聽不懂導師指令，他經常受到導師嚴厲指責。導致導師和同學們一起做實驗時，他不敢碰儀器，只在一邊怔怔地看。

　　不少去日本學習的同學受不了這樣的煎熬，“逃”了回去。薛其坤卻從剛上學的兒子電話里背給他聽的課文里找到了力量：“我是中國人，我愛自己的祖國……”

　　他選擇留下來，為中國人爭口氣。他每天第一個到實驗室，最后一個離開。漸漸地，導師的話能聽懂了，實驗儀器也會操作了，憑借扎實功底和超常付出，他最終在世界頂級學術期刊上發表論文，順利拿到博士學位。

　　1996年，薛其坤開始在國際物理界嶄露頭角。1999年，他入選中科院“百人計劃”，回國工作。

　　追求極致

　　2012年10月的一個晚上，薛其坤收到學生短信，他們在實驗中發現了量子反常霍爾效應的跡象。

　　薛其坤立即組織團隊人員，設計實驗方案，部署實驗細節，實施檢測實驗。

　　接下來幾天的實驗中，團隊成員用“誠惶誠恐”形容當時的心情。25800歐姆，所有人期待著這個標志性的數值。數據不停地跳動著，15800、20000、25800!數據停住了!

　　世界量子物理學將記住這一刻——在美國物理學家霍爾于1880年發現反常霍爾效應130多年后，人類終于實現了其量子化。

　　量子反常霍爾效應的特征性行為順利得到驗證：材料在零磁場中的反常霍爾電阻達到量子電阻的數值并形成一個平臺，同時縱向電阻急劇降低并趨近于零。

　　結果揭曉當天，薛其坤帶了兩瓶香檳，與團隊合影，留下這珍貴的回憶。這天，離2008年10月實驗開始已整整4年。

　　對于量子霍爾效應，薛其坤打了個比方：普通狀態下的電子運動軌跡是無序的，時有碰撞。量子霍爾效應里的電子在外加磁場的情況下，運動在“高速公路”上，分道行駛。

　　而在量子反常霍爾效應中，無需在材料中加外磁場，即可實現電子的“分道行駛”。這解決了外加磁場在實際應用中“價格昂貴”“體積龐大”“不適于便攜式電子設備”這幾大難題。

　　薛其坤介紹，拓撲絕緣體上實現量子反常霍爾效應由美國斯坦福大學華裔科學家張首晟等人在2008年首次提出。然而實際中，能夠制出滿足實驗需求的拓撲絕緣體材料絕非易事。

　　薛其坤及其團隊卻勇敢擔起使命。

　　開始，他們沿國際上技術路線進行嘗試，總是失敗。漸漸地，他們探索用不同元素和結構來生長材料。1000個樣品，一次次生長、測量，一次次不順利、調整，再生長、再測量……終于，一個個激動人心的成果接踵而至：2010年，完成對1納米到6納米厚度薄膜生長和輸運測量;2011年，實現對拓撲絕緣體能帶結構的精密調控，使其成為真正的絕緣體，去除了體內電子對輸運性質的影響;最終利用外加柵極電壓實現了對其電子結構的原位精密調控。

　　超導領域研究

　　在超導研究領域，薛其坤帶領研究團隊發展了低溫分子束外延材料生長技術，2004年觀測到量子尺寸效應導致的超導溫度的量子振蕩現象。該成果在固體物理學的發展上具有非常重要的基礎意義，薛其坤因此獲得2010年第三世界科學院物理獎和2011年國家自然科學二等獎等獎勵。

　　最近幾年，薛其坤研究團隊首次把分子束外延技術用于鐵基高溫超導研究，發現了一類全新的低維高溫超導體系，使界面超導成為高溫超導領域的一個全新研究熱點，引領了國際學術研究方向。

　　近年來，薛其坤作為首席科學家先后承擔了科技部的量子調控重大研究計劃項目，主持了國家基金委的創新研究群體項目和重大國際合作項目等多項重要研究任務。在拓撲絕緣體、低維超導和納米科學等三個物理學的熱點研究方向上，他的團隊的研究水平已居于世界領先行列。

　　“科學研究不能急功近利”

　　“攻關卻不急躁”是薛其坤團隊成員始終恪守的信條。在進行量子反常霍爾效應實驗過程中，曾有半年時間，一點兒進展都沒有，這對團隊成員來說是一個非常大的考驗。但薛其坤耐得住性子，他追求的是實驗數據的嚴謹性和實驗的精確性。

　　“科學研究從來都急不得”，薛其坤關注的是扎扎實實的基本功訓練，他對學生的要求是，“要在類似條件下把實驗做到同行里最好的水平，不能急功近利”。

　　在學生眼里，薛其坤樂觀、幽默、充滿活力，愛好廣泛，大部分時候，對他們都非常和藹，還經常會買好吃的“賄賂”他們;但對實驗技術與科研訓練，薛其坤對他們的要求到了近乎苛刻的地步：寫報告，一個標點符號的錯誤，他都會挑出來;操作儀器，是順時針還是逆時針，都要養成習慣，要做到閉著眼睛都能操作無誤。

　　薛其坤認為，嚴謹認真是一個科研工作者不可或缺的品質。“實驗過程中用到的設備總價值大概 3000多萬人民幣，一個操作失誤，可能幾萬、十幾萬就沒有了。如果沒有精湛的實驗技術和細致操作，很難實現重大的科研成果。”

　　“國家連續多年對基礎科學領域的投入都是大幅度增長，這對搞基礎研究的人來說，是一個很大的鼓舞。而我們要做的，就是把比較成熟的研究方法和研究習慣傳承下去，讓研究少走彎路。”薛其坤說。

　　高情商

　　薛其坤是學術圈里公認的高情商科學家。他總是善于找到頂級的合作伙伴，也知人善任，讓每一個人人盡其用。比如量子反常霍爾效應的科研團隊中，馬旭村、陳曦、王亞愚、何珂等年輕科學家都非常優秀，而且都最大程度地釋放出了創造力。

　　“科學家不僅需要有智商，也需要有情商。現在的科學研究，尤其是科學實驗，都需要團隊作戰。此外，情商高也有利于國際學術交流，有利于培養學生。”作為教授，薛其坤在培養學生時，除了嚴格要求他們的基本功，也十分重視情商的培養。

　　“要從本質上培養團隊協作能力，你要學習和人打交道，你要在儀器上和很多人一起合作，要學會怎么做科學研究。”薛其坤經常如此教育學生，“未來，當你從執行者變成指揮者的時候，你會發現學會做這類高水平科研是更重要的，比發論文重要。”

　　常翠祖的經歷印證了這一判斷。他是薛其坤的一名博士，量子反常霍爾效應實驗成功后，他博士畢業，去美國麻省理工學院(MIT)當博士后，幫助MIT的研究組重復了量子反常霍爾效應的實驗結果，成為一名“準指揮者”。MIT的教授對常翠祖的工作非常滿意，在薛其坤赴美開會時，特地請他吃飯，感謝他培養出了一流人才。

　　“為什么我們的學校總是培養不出杰出人才?”這是錢學森在2005年曾提出的沉重問題。現任清華副校長的薛其坤，對這個問題持有樂觀的態度，并寄厚望于現在的年輕學子。

　　“解答‘錢學森之問’的癥結在于時間。科學來不得半點馬虎，人才培養也要循序漸進，不能躍進。我這一輩人接受正規的系統科學訓練已經很晚，需要比別人更加刻苦才能彌補這個差距。但現在的孩子們不一樣，他們智力水平高，又從小受到了完整科學訓練，我國這些年對科研的投入也遠非從前可比，一流的實驗室和科研團隊會越來越多。”薛其坤認為，只要我們國家的發展勢頭保持下去，跟國外站在同一個起跑線上的新一代研究者，未來就將作出更大貢獻。文/韓爽

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