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(huán)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(jīng)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(qū)，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(yè)后能找個好工作改善生活。

　　在山東大學本科畢業(yè)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(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，曲阜師大的學生們畢業(yè)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(jīng)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(yè)時，已經(jīng)有了家庭和孩子的薛其坤選擇了繼續(xù)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(lián)合培養(yǎng)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(zhuǎn)折點，然而這個轉(zhuǎn)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(jīng)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(jié)，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(shù)值。數(shù)據(jù)不停地跳動著，15800、20000、25800!數(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)反常霍爾效應130多年后，人類終于實現(xiàn)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(shù)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(tài)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(xiàn)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(xiàn)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(diào)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(xiàn)對拓撲絕緣體能帶結構的精密調(diào)控，使其成為真正的絕緣體，去除了體內(nèi)電子對輸運性質(zhì)的影響;最終利用外加柵極電壓實現(xiàn)了對其電子結構的原位精密調(diào)控。

　　超導領域研究

　　在超導研究領域，薛其坤帶領研究團隊發(fā)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(xiàn)象。該成果在固體物理學的發(fā)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(fā)現(xiàn)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(diào)控重大研究計劃項目，主持了國家基金委的創(chuàng)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(shù)據(jù)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(jīng)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(yǎng)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(zhì)。“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(xiàn)重大的科研成果。”

　　“國家連續(xù)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(yōu)秀，而且都最大程度地釋放出了創(chuàng)造力。

　　“科學家不僅需要有智商，也需要有情商。現(xiàn)在的科學研究，尤其是科學實驗，都需要團隊作戰(zhàn)。此外，情商高也有利于國際學術交流，有利于培養(yǎng)學生。”作為教授，薛其坤在培養(yǎng)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(yǎng)。

　　“要從本質(zhì)上培養(yǎng)團隊協(xié)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(jīng)常如此教育學生，“未來，當你從執(zhí)行者變成指揮者的時候，你會發(fā)現(xiàn)學會做這類高水平科研是更重要的，比發(fā)論文重要。”

　　常翠祖的經(jīng)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(yè)，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(yǎng)出了一流人才。

　　“為什么我們的學校總是培養(yǎng)不出杰出人才?”這是錢學森在2005年曾提出的沉重問題。現(xiàn)任清華副校長的薛其坤，對這個問題持有樂觀的態(tài)度，并寄厚望于現(xiàn)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(yǎng)也要循序漸進，不能躍進。我這一輩人接受正規(guī)的系統(tǒng)科學訓練已經(jīng)很晚，需要比別人更加刻苦才能彌補這個差距。但現(xiàn)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(fā)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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