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薛其坤:把不通的路走通

6月13日,清華大學(xué)低維量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,薛其坤與學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)工作。李宙攝/清華大學(xué)供圖

薛其坤,1963年12月生,山東蒙陰人。中國(guó)科學(xué)院院士,清華大學(xué)教授、南方科技大學(xué)校長(zhǎng)。凝聚態(tài)物理領(lǐng)域享有國(guó)際聲譽(yù)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,改革開放以來(lái)我國(guó)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得國(guó)際引領(lǐng)性重大科學(xué)突破的杰出科學(xué)家之一。他率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得量子反常霍爾效應(yīng)和界面高溫超導(dǎo)兩項(xiàng)原創(chuàng)性科學(xué)發(fā)現(xiàn),均在國(guó)際上產(chǎn)生巨大學(xué)術(shù)影響。作為第一完成人,他榮獲2018年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng);作為首位中國(guó)籍科學(xué)家,他榮獲國(guó)際凝聚態(tài)物理最高獎(jiǎng)——奧利弗·巴克利獎(jiǎng)(2024)和國(guó)際低溫物理最高獎(jiǎng)——菲列茲·倫敦獎(jiǎng)(2022)。

“每個(gè)人都要有一種信念。當(dāng)你有了信念,不管遇到多大的困難、經(jīng)受著什么樣的考驗(yàn),都會(huì)因?yàn)橛袌?jiān)定的信念而篤定向前、樂此不疲?!?/p>

——薛其坤

巍巍蒙山高,潺潺沂水長(zhǎng),八百里沂蒙見證華夏滄桑。

44年前,一位志氣少年,手捧大學(xué)錄取通知書,走出沂蒙大山,投身科學(xué)世界;44年后,雖已年過花甲,他仍精力充沛、熱情不減,享受著逐夢(mèng)帶來(lái)的快樂和滿足……

他就是中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授、南方科技大學(xué)校長(zhǎng)薛其坤。

他曾謙遜地自比為“從沂蒙山區(qū)駛出的小船”,如今這艘“小船”,不僅在世界科技的海洋里劈波斬浪,更駛向了國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)——

他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到量子反?;魻栃?yīng),是新中國(guó)成立以來(lái)我國(guó)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的最重要科學(xué)效應(yīng)之一,是國(guó)際凝聚態(tài)物理領(lǐng)域十余年最重大的科學(xué)突破之一;他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)界面增強(qiáng)高溫超導(dǎo),是近年來(lái)高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的重要突破,在國(guó)際上開辟了高溫超導(dǎo)的全新研究方向……

追求極致,為國(guó)家多作貢獻(xiàn)

提起薛其坤,“勤奮”,幾乎是所有同事和學(xué)生對(duì)他的第一印象。

在追尋量子反?;魻栃?yīng)的征程上,薛其坤把這種勤奮研究的“拼命勁”發(fā)揮得淋漓盡致。

中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)理學(xué)院原院長(zhǎng)朱邦芬曾感嘆:“其坤有著遠(yuǎn)超普通人的旺盛精力。我有一次和他出差,飛機(jī)到北京已經(jīng)快晚上12點(diǎn)了,他還要到實(shí)驗(yàn)室去看學(xué)生在做什么,有沒有新的發(fā)現(xiàn)。”

因早上7點(diǎn)就在實(shí)驗(yàn)室埋首工作、晚上11點(diǎn)才離開,薛其坤被清華園的師生親切地喚為“7-11先生”。

1992年,作為中日聯(lián)合培養(yǎng)博士生,29歲的薛其坤到位于日本仙臺(tái)的東北大學(xué)櫻井利夫?qū)嶒?yàn)室,學(xué)習(xí)當(dāng)時(shí)國(guó)際上最先進(jìn)的掃描隧道顯微鏡技術(shù)。

“二十世紀(jì)八九十年代,我們的科研水平跟世界還有較大差距,特別是實(shí)驗(yàn)儀器和條件?!毖ζ淅せ貞洝?/p>

就是在那里,他開啟了“7-11式”的工作節(jié)奏,形成了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。

“要想把一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)好很不容易。我非常珍惜這樣的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)?!痹谘ζ淅た磥?lái),精益求精、追求極致,是熟練掌握和發(fā)展研究工具和方法的訣竅,更是提高研究創(chuàng)新能力的有效途徑,而這在量子反?;魻栃?yīng)實(shí)驗(yàn)的樣品制備測(cè)試過程中,得到很好體現(xiàn)。

反?;魻栃?yīng)的量子化,需要材料性質(zhì)同時(shí)滿足3項(xiàng)非??量痰臈l件,如同要求一個(gè)人同時(shí)具有短跑運(yùn)動(dòng)員的速度、籃球運(yùn)動(dòng)員的身高和體操運(yùn)動(dòng)員的靈巧。

“我們利用5臺(tái)精密儀器,制備測(cè)試了1000多個(gè)樣品,幾乎每天都在重復(fù)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)。每次失敗后,我們優(yōu)化樣品、改進(jìn)方法;又失敗了,再優(yōu)化、再改進(jìn)。歷時(shí)4年多才最終完成?!毖ζ淅て届o地說(shuō)。

為什么必須追求極致?薛其坤的答案很簡(jiǎn)單:“迎來(lái)上大學(xué)的機(jī)遇,對(duì)我來(lái)講,已經(jīng)是非常幸福的事情了。感謝黨和人民的培養(yǎng),感謝國(guó)家給我提供的平臺(tái),使我這艘小船,能到世界科學(xué)的汪洋大海里航行探索?!?/p>

在他看來(lái),科學(xué)研究有著很大不確定性,“把不確定性變成確定性,把偶然變成必然,需要窮盡幾乎所有可能性,不能漏掉任何一個(gè)環(huán)節(jié)”。

每每憶及留學(xué)期間的所聞所見,薛其坤總是難掩內(nèi)心的激動(dòng):“看著家鄉(xiāng)與國(guó)外的巨大差距,心里就升騰出一個(gè)想法,那就是通過我們的努力,為國(guó)家強(qiáng)大做點(diǎn)貢獻(xiàn),讓我們中國(guó)老百姓越來(lái)越幸福?!?/p>

勤奮為槳、信念為帆,這艘“小船”不懼風(fēng)雨、無(wú)畏險(xiǎn)阻,錨定航向、奮楫向前。

奮發(fā)圖強(qiáng),發(fā)出中國(guó)科學(xué)家最強(qiáng)音

去年10月,國(guó)際凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)巴克利獎(jiǎng)花落中國(guó),薛其坤成為70年來(lái)首位中國(guó)籍獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

“獲得巴克利獎(jiǎng),說(shuō)明我們的成果已經(jīng)得到了世界物理學(xué)界的高度認(rèn)可,說(shuō)明我們的成果經(jīng)過10多年的發(fā)展,經(jīng)受住了科學(xué)的考驗(yàn)。”薛其坤說(shuō)。

量子反?;魻栃?yīng)是凝聚態(tài)物理中的一個(gè)重要量子效應(yīng)。長(zhǎng)期以來(lái),使其“現(xiàn)身”并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的難度極大,這是許多研究者奮力追尋的科學(xué)目標(biāo)。

時(shí)間回到2009年。從那一年起,薛其坤聯(lián)合清華大學(xué)物理系、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、美國(guó)斯坦福大學(xué)的多個(gè)研究組組成攻關(guān)團(tuán)隊(duì),開始從拓?fù)浣^緣體方向嘗試突破。

2012年底,在制備測(cè)試1000余個(gè)樣品、闖過一道道難關(guān)后,薛其坤團(tuán)隊(duì)終于成功在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到量子反常霍爾效應(yīng)。該成果于2013年發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)》上,被審稿人稱為“凝聚態(tài)物理界一項(xiàng)里程碑式的工作”。

山一程,水一程,抵達(dá)一個(gè)里程碑,只是下一段征程的開始:2015年,團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到量子反?;魻栃?yīng)的零電導(dǎo)平臺(tái);2017年,團(tuán)隊(duì)將量子反?;魻栃?yīng)的觀測(cè)溫度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),并首次實(shí)現(xiàn)量子反?;魻栃?yīng)多層結(jié)構(gòu);2018年,團(tuán)隊(duì)與合作者首次發(fā)現(xiàn)一種內(nèi)稟磁性拓?fù)浣^緣體,開啟了國(guó)際上一個(gè)熱點(diǎn)研究方向……

目前,薛其坤團(tuán)隊(duì)正沿著兩個(gè)方向開展攻關(guān),一個(gè)是量子反?;魻栃?yīng)以及相關(guān)拓?fù)淞孔游飸B(tài)的應(yīng)用,一個(gè)是高溫超導(dǎo)機(jī)理研究。

“作為一名科學(xué)家,一定要有為我們國(guó)家的高水平科技自立自強(qiáng)努力作貢獻(xiàn)的擔(dān)當(dāng)和責(zé)任?!彼f(shuō)。

初心不改,讓基礎(chǔ)研究之根扎得更深

無(wú)論是在世界范圍內(nèi)首次觀測(cè)到拓?fù)湮镔|(zhì)中的量子反?;魻栃?yīng),還是在世界難題面前勇于提出與主流相悖的觀點(diǎn),薛其坤和研究團(tuán)隊(duì)探尋物質(zhì)世界的初心從未改變。

在他看來(lái),基礎(chǔ)研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭,根扎得越深,科技創(chuàng)新之樹才會(huì)越枝繁葉茂。

“開展原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究,需要一批樂于從事基礎(chǔ)研究、敢于沖擊科學(xué)難題的杰出人才。”當(dāng)被問到這些人才需要具備哪些特質(zhì)時(shí),薛其坤一一歷數(shù):要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ),要有卓越的科學(xué)直覺,要有對(duì)探究自然奧秘或者思考科學(xué)問題的濃厚興趣,要有百折不撓、追求極致、挑戰(zhàn)極限的品質(zhì)品格……“最重要的是服務(wù)國(guó)家富強(qiáng)、民族復(fù)興的遠(yuǎn)大抱負(fù)和理想。”

科學(xué)研究之路沒有坦途。遇到團(tuán)隊(duì)士氣低落時(shí)怎么辦?遇到研究停滯不前時(shí)怎么辦?“這時(shí)我會(huì)找團(tuán)隊(duì)成員聊聊天,關(guān)鍵時(shí)刻把這些孩子‘拽回來(lái)’。”

錢學(xué)森先生曾說(shuō)過,“常常是最后一把鑰匙打開了門”。在薛其坤看來(lái),這至少包含兩層哲理:一是在找到開鎖鑰匙之前,要堅(jiān)持不斷試錯(cuò);二是堅(jiān)信總會(huì)有一把鑰匙能把鎖打開。

他經(jīng)常跟團(tuán)隊(duì)成員分享“失敗是成功之母”這句話對(duì)于基礎(chǔ)研究的意義:“如果我們的科學(xué)研究達(dá)不到預(yù)期目標(biāo),只能證明我們的學(xué)術(shù)判斷不一定正確,這是改進(jìn)學(xué)術(shù)判斷、提高學(xué)術(shù)能力的一個(gè)好機(jī)會(huì)。即使失敗,那也只是說(shuō)明此路不通,也算是科學(xué)上的一種貢獻(xiàn),是在探索正確路上的一次努力?!?/p>

“回看自己的人生歷程,我感覺,每個(gè)人都要有一種信念?!毖ζ淅ふf(shuō),“當(dāng)你有了信念,不管遇到多大的困難、經(jīng)受著什么樣的考驗(yàn),都會(huì)因?yàn)橛袌?jiān)定的信念而篤定向前、樂此不疲。”

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