薛其坤:量子追梦人

巴克利奖,国际凝聚态物理领域的最高奖。

前不久,中国科学院院士、清华大学教授、南方科技大学校长薛其坤获得2023年度的巴克利奖,成为该奖自1953年授奖以来首位中国籍获奖者。

国家自然科学奖一等奖、菲列兹·伦敦奖、未来科学大奖;35岁当教授,42岁成为中国科学院最年轻的院士之一,50岁攻克量子世界难题……然而,与光辉履历相比,薛其坤的人生和科研之路并不顺遂。

 

“科学就是科学,来不得半点儿马虎,人才的培养也要循序渐进,不能有丝毫的跃进。 要挑战国际上的权威,做科研需要持批判的态度,坚定自己的方向。”

 

 

薛其坤在实验室操作仪器。

 

1 皮实的“7-11”院士

“皮实啊!”薛其坤用带有浓重山东口音的普通话这样形容自己。

他说,沂蒙山里出来的孩子,不怕挫折。

这个来自山东省临沂市蒙阴县的山村少年,上小学时,便在心中种下当科学家的种子。从课本上,他知道了牛顿、爱因斯坦,并认识到成为一名科学家能给社会带来巨大的福祉,他渴望走出山区,学到更多的本领。

梦想的起步很顺利,高考物理满分100分,他考了99分,被山东大学光学系激光专业成功录取。但考研究生的挫折及随后读博的打击让他“始料未及”。

薛其坤曾在多个场合提及他的考研经历。大学毕业,第一次考研究生,高等数学39分,惜败。毕业后,他到曲阜师范大学教书,再次考研,再次败北。直到1987年,他才终于考上研究生,进入中国科学院大学物理研究所凝聚态物理专业学习。

“皮实”的性格,不仅让薛其坤有强大的抗打击能力,也让他经受住科研路上的挑战。

硕士毕业后,薛其坤选择继续读博。恰好其导师陆华老师得到了一个与日本东北大学金属材料研究所联合培养的机会,这是日本最古老的大学附属研究所。在这里,薛其坤迎来了人生中最困难的时刻。

导师樱井利夫的实验室号称“7-11实验室”,要求非常严格:一周工作6天,早上7点来实验室,晚上11点之前不许离开。薛其坤对那段岁月记忆犹新:“每天就是三件事,吃饭、睡觉、搞科研。有的时候困得坐在马桶上都能睡着。”

除了体力和毅力上的考验,语言不通则是精神上的折磨。薛其坤几乎听不懂导师的指令,当导师和同学们一起做实验的时候,他连碰都不敢碰,只能怔怔地看着。不少去日本学习的同学受不了煎熬“逃”了回去,身心俱疲的薛其坤到了崩溃的边缘。他坦言,这是个人成长中最难的一段时间,“一年中有七八个月想回家”。

有一次,薛其坤和刚上学的儿子通电话。儿子说:“爸爸,我给你背段刚学的课文吧:‘我是中国人,我爱自己的祖国……’”稚子之声,让背井离乡的薛其坤心潮澎湃,一团爱国的热火在心中熊熊燃烧。他决心要克服困难,坚持下去。

薛其坤每天第一个到实验室,最后一个离开。一年半后,他取得了一项重要的科研突破,这是日本东北大学近三十年来最重要的成果。薛其坤终于感觉到,自己这个山东农村放牛娃脑海里朦朦胧胧的梦想,开始变得有一点儿真切了。他也开始体会到做科学研究的美妙,日常靠抽烟提神的他,采到精彩数据的时候,才恍然发现,“三个小时没吸烟了”。

薛其坤开始在国际物理界崭露头角。

1996年,薛其坤被邀请在美国物理学会年会上作报告,糟糕的英语口语让他不知所措。为了保证万无一失,他把要讲的每个英语单词、每句话都写下来,模拟练习了80多遍。当听到掌声与赞扬时,薛其坤觉得“像夏天渴时喝了冰水一样,很舒服”。

博士毕业后,他跟随导师樱井利夫留在日本东北大学金属研究所工作。但国外的正式职位并没有让他安心,“我始终无法踏实下来,即使去买家具,也不愿意买太好的”。他始终惦念着回来报效祖国。

终于,在36岁那年,机会来了。1998年,凭借出色的研究能力,在材料科学领域已颇有名气的他通过中国科学院“百人计划”回国,正式加入物理所工作。

凭借超强的吃苦能力和扎实的研究能力,短短几年,“皮实”的薛其坤就获得了包括中国青年科技奖、国家自然科学奖二等奖、中科院杰出科技成就奖在内的一批颇具分量的荣誉。2005年,薛其坤到清华大学物理系工作,11月当选中国科学院院士。其时,他刚过不惑之年,是那一批当选院士中最年轻的一位。

回国多年,无论在中科院还是在清华,薛其坤始终保持着“7-11”作息,被师生戏称“7-11”院士。清华大学物理系前系主任朱邦芬院士回忆,“我曾与其坤一起出差,晚上12点回到北京,他仍坚持要去实验室再看看”。

“可以说我只要不睡觉的时候,都在工作。”薛其坤笑着说。

 

 

薛其坤在清华大学物理系办公。

 

2 攀登最陡峭的科研山峰

对山里的孩子而言,爬山几乎是一种本能。而在攀登科学高峰的路上,薛其坤选择了最陡峭的山峰。多位了解薛其坤的师生对记者说,他身上有着超乎常人的挑战精神,困难越大越较真。

“量子反常霍尔效应”,这是一个基于全新物理原理的科学效应,被称为物理学研究皇冠上的“明珠”。

什么是量子反常霍尔效应?采访前,我们临时抱佛脚,看了很多量子反常霍尔效应的资料,仍是一头雾水。没想到薛其坤院士不绕弯子,几句话就点明白了。

“如果把电子比作人,计算机芯片里的电子运动是无规律的,就像人行走在乱糟糟的农贸市场,总会走弯路、碰到人,就会发热,效率不高。而量子霍尔效应就是一条高速路,电子可以分车道分方向前进。遗憾的是,量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,且成本昂贵,这一缺点阻碍了其在现实生活中的应用。”薛其坤说,量子反常霍尔效应不同于量子霍尔效应,它不依赖于强磁场而由材料本身的自发磁化产生,因此在应用方面比此前发现的量子霍尔效应要方便得多。自1998年开始,就不断有理论物理学家提出各种方案,然而在实验上都没有取得任何进展。全世界顶尖的研究组都想攻克这个难题。

2008年,华裔物理学家张首晟提出了在磁性拓扑绝缘体中实验量子反常霍尔效应的方向。但要找到合适的材料,充满巨大挑战,能否在这种材料中观测到量子反常霍尔效应,何时能观测到,谁也不知道,这是一项很可能终其一生都无法完成的项目。

但是,薛其坤义无反顾地选择了去攀登这座山峰。

薛其坤的团队用来实验的样品,是用原子一层一层铺上去的。5纳米的厚度,相当于头发丝的十万分之一,每制备一个都非常不易。4年的时间,他们前后制备了1000多个样品,经历了无数次的失败。每次失败后,薛其坤再次带领团队改进样品、创新方法;又失败了,再改进、再创新。

2012年10月的一个晚上,薛其坤收到了学生的短信:“薛老师,量子反常霍尔效应出来了,等待详细测量。”他压抑住心脏的狂跳,立马打电话过去再三确认情况。随后,他迅速返回实验室,立即组织团队成员,设计出几套方案,部署下一步实验。严谨的科学精神告诉他们,一次的结果并不能说明问题,需要用不同的样品多次重复实验。

经过两个月的集中测试和不断钻研,薛其坤团队终于测试出了完美的实验数据。薛其坤回忆,得出最终数据的那天,他带了两瓶香槟,和团队成员一起庆祝这见证“奇迹的时刻”。这一成果在美国《科学》杂志上发表,并在国际物理学界产生重要影响。

高温超导机理则是薛其坤团队想要攻克的另一个难题。2012年,薛其坤带领清华大学物理系研究团队发现了单层铁硒与钛酸锶衬底结合而产生出的界面高温超导。这一发现挑战了主流共识。

“当时确实有一些质疑的声音,而且我们团队不是做高温超导的,没有这方面基础,别人对我们的资历也有些质疑,发论文都很难,有时候跟审稿人要‘斗争’好几年。”薛其坤回忆,“好在,大家都坚持下来了。”

在清华大学物理系副主任、量子反常霍尔效应团队成员何珂眼中,薛其坤有着对科学本真的热爱以及报效祖国的强烈信念:“薛老师总是鼓励我们要去思考一些大问题,走在科学探究的前沿,考虑哪些问题能引领一个新方向。”

因为量子反常霍尔效应这项重要的科学发现,薛其坤迎来了人生的高光时刻,获奖无数。

2016年,薛其坤获得首届未来科学大奖;2018年,他获得国家自然科学奖一等奖;2020年,获得菲列兹·伦敦奖;2023年,获得巴克利奖……

盛名之下,薛其坤有着自己的坚持:作为科学家更应该追求对知识、对科学的崇拜,而不是奖项。“要挑战国际上的权威,做科研需要持批判的态度,坚定自己的方向,才能把工作继续往前推进。”薛其坤说。

3 让“1+1>2”

在学生的眼中,薛其坤严慈相济、没有丝毫架子。

培养学生的科学精神,他极其严厉、认真,对学生的要求到了近乎苛刻的地步:要把烧杯洗到自己以为最干净的程度;进组五六年之后,操作大型的物理实验仪器要像骑自己的自行车一样,闭着眼都能骑;学生写报告时,不能有一个标点符号的错误。

薛其坤认为,物理实验的成功建立在扎实的基本功之上。“这有两个好处:一是有科研机会来的时候,你有足够的技术水平去争取它;二是在掌握大量实验数据的基础上,通过仔细分析数据,寻找规律,训练科学眼光。”

严师的另一面是慈师。当实验过程非常艰难或者缓慢时,薛其坤会多多鼓励学生,告诉学生“你很厉害”。

他把学生当作自己的孩子。“我们去国外开会,薛老师拿自己的钱给学生发零花钱。他手里存不住东西,经常有哪个学生夸他的东西好,他当场就送给人家。”清华大学物理系教授、量子反常霍尔效应团队成员王亚愚说。

他鼓励学生努力去发现实验的乐趣,“比如你学自行车,刚开始学,没有成就感。等你学会了,骑自行车速度快了,就觉得很愉快”。在薛其坤看来,做实验不是简单重复,它每一步都是变化的,都有意外,都有新的东西出现。

“做有挑战性的实验,压力大是一种常态。作为导师和长辈,首先就要给予精神上的鼓励。”

除了严格要求基本功,薛其坤也十分注重培养学生的团结合作能力。每次得奖,他都“往后缩”,把年轻人推上去,也注重平衡每个人的机会。他让这些科学界的新生力量明白,做科研不能“单打独斗”,每个人都有自己的角色,只有紧密协作,才能发挥“1+1>2”的奇效。

在攻克量子反常霍尔效应高地长达4年的时间里,薛其坤常常和团队成员一起“泡”在实验室里,每周雷打不动地召开组会汇报实验进展情况,还经常组织篮球赛、羽毛球赛等活动进行文化建设——和谐的团队环境让协同创新成为可能。

中科院物理所研究员戴希非常感慨:“这项研究的参与者有三四十人,整个团队就像一条串联电路,我们这些‘电阻’,虽然个头有大有小,但每个人身上通过的电流都是一样的。拿走任何一个‘电阻’,电路都不会通。如果没有这么好的合作模式和流程,很难想象我们会做成这件事。”

薛其坤则如此看待科研团队建设:“好的科研团队才能催生出一流的科研成果和科学家。这就像一个机器,只有每一个零部件都能发挥最大作用,才会运转良好。”

他时刻都感受到肩头沉甸甸的责任,“科学就是科学,来不得半点儿马虎,人才的培养也要循序渐进,不能有丝毫的跃进。”

4 越基础,越尖端

2020年11月,薛其坤出任南方科技大学校长。在这块试验田里,他显现出了更大的格局和境界。

上任第一天,他走进理学院和工学院,调研基础研究的情况。

“越基础,越尖端。”薛其坤认为,基础研究是整个科学体系的源头,是所有技术问题的总机关。他以盖房子为例,“做基础研究就相当于打地基,做‘0到1’就是盖第一层楼”。强力支持能满足国家重大需求和自主发展的基础研究,既能占领科学高地,也能开辟新的应用高地,引领未来。

在薛其坤看来,过于关注科学研究的“现实之用”,会影响基础科学研究的发展,从长远来看是对科学研究的伤害。为国家留住做“无用”的基础研究的人才,让做基础研究像“挣钱一样幸福”,是他任校长时首先着手的任务。他感慨:“基础研究往往需要很长时间,有时可能会花费人的一辈子。必须有坐得住冷板凳、耐得住寂寞的精神。”

担任南方科技大学校长,薛其坤马不停蹄地展开了一系列改革:调整科研模式和人才培养模式,提出“南科大2035之问”,打造南科大“三大发展战略”,打造“专业+通识”“书院+院系”“科教+产教”培养机制。

作为以理工见长的创新型大学,南科大尽最大努力鼓励从0到1的源头创新:PI制(学术带头人制)保障每位教研序列的教授都是独立课题组负责人,都有独立的实验室和启动经费,就算是初出茅庐的博士后也不例外。除了充裕的科研启动经费,科研导师制度也让青年学者们获得了院士“大牛”的指导。

数据显示,近几年,南方科技大学成立了十余个校级科研机构,针对关键技术和未来技术形成了专门平台和团队攻关模式,这些平台和团队攻关模式的开展为基础研究打下了坚实的基础。

接受采访中,薛其坤反复强调了评价改革的重要性。“有些面向未来的基础研究,虽然目前看似‘无用’,但将来可能会有无穷大的应用前景。所以,尽量少问他们‘你的研究有什么用’。”薛其坤认为,不能把评价变成一把庸俗的“尺子”。

他以入选第二轮“双一流”建设高校及建设学科名单的数学学科为例,数学学科正在改进考核和奖励机制,考虑以更长的时间为周期进行滚动考核。“在这个周期里,只要最后完成了教学任务就可以,不会每年考核教师的科研成果,到期后再去最终考核并考虑长聘,给教师的自由探索以更大空间。”

除了带科研团队的年轻人之外,南方科技大学的书院制让薛其坤成为一批本科生的生活导师,这是一种互选的制度,一些有志于从事科研的本科生从大一入学起就可以和自己心中的大科学家深度交流。

“要成为一个武林高手,必须练好基本功。”薛其坤强调,人才培养中一个重要的方面就是动手能力的培养。他举例说,南方科技大学大部分本科生在校期间都要进行学术训练,他们加入实验室,像研究生一样做科学研究,提前培养他们的研究能力和动手能力,“必须依靠优秀的专业教师把学生的基础打牢”。

如今的薛其坤,更加忙碌。

“既要关注团队年轻人的科研方向是否走偏,作为学校校长,也要分管很多行政工作。”作为国内顶尖的物理学家,薛其坤仍然走在追梦的路上。他透露,目前团队还在攻克两个方向:一个是量子反常霍尔效应以及拓扑绝缘体的相关领域研究,另一个是高温超导机理研究。“高温超导的机理是凝聚态物理学的世纪难题,如果我们把谜底揭开了,就有可能设计出高温超导材料,在室温下甚至更高温度下实现超导,这将是对全人类的重要贡献。”薛其坤充满期待。

花甲之年,这位从沂蒙山区走出的科学家仍然享受着逐梦科学而带来的快乐。

作者:本报记者 于珍 董鲁皖龙

来源:《中国教育报》

创建时间:2024年1月18日
首页    访谈    薛其坤:量子追梦人
  • 厚植海洋文化 陪伴儿童成长
    厚植海洋文化 陪伴儿童成长
    在时代窗口 奋笔写青春
    在时代窗口 奋笔写青春
    锻造硬核实力 方能技高一筹
    锻造硬核实力 方能技高一筹
    追逐心中的梦想
    追逐心中的梦想
    培育文化素养 发扬武术精神
    培育文化素养 发扬武术精神
    目有繁星 追光而行
    目有繁星 追光而行
    锤炼过硬本领 赋能精彩人生
    锤炼过硬本领 赋能精彩人生
    技能成才 匠心筑梦
    技能成才 匠心筑梦
    走技能成才路 奋斗筑梦未来
    走技能成才路 奋斗筑梦未来
    以青春力量开启蜂农致富路
    以青春力量开启蜂农致富路
    技能成就少女职业梦
    技能成就少女职业梦
    吹响中考征程的“集结号”
    吹响中考征程的“集结号”
    争当科技路上的追梦人
    争当科技路上的追梦人
    展专业才艺 绽时尚魅力
    展专业才艺 绽时尚魅力
    韦佳球:心有梦想 必有远方
    韦佳球:心有梦想 必有远方
    耀眼银幕,逐梦舞台
    耀眼银幕,逐梦舞台
    吕可渐:破茧而出 初露光芒
    吕可渐:破茧而出 初露光芒
    小小“网红”直播带货助力乡村振兴
    小小“网红”直播带货助力乡村振兴
    天使在人间,最美逆行者
    天使在人间,最美逆行者
    爱上创客 梦想起航
    爱上创客 梦想起航
    走技能成才路 树技能报国志
    走技能成才路 树技能报国志
    王梦珂:勇敢追梦 技能成才
    王梦珂:勇敢追梦 技能成才
    星光不问赶路人,时光不负有心人
    星光不问赶路人,时光不负有心人
    星光助力 高考加油
    星光助力 高考加油
    中职生用奋斗擦亮青春底色
    中职生用奋斗擦亮青春底色
    气膜实验室里的“侦察兵”
    气膜实验室里的“侦察兵”
    邹欣颖:迎着太阳奔跑的女孩
    邹欣颖:迎着太阳奔跑的女孩
    中职生逆袭考上研究生
    中职生逆袭考上研究生
    热血青春护卫生命之光
    热血青春护卫生命之光
  • “岁杪话总结 新年强部署”专栏
    “岁杪话总结 新年强部署”专栏
    “创新党建品牌 赋能教育教学”生动实践专栏
    “创新党建品牌 赋能教育教学”生动实践专栏
    2023年浙江省全民终身学习活动周专栏
    2023年浙江省全民终身学习活动周专栏
    “灯塔引航”党建共同体生动实践专栏
    “灯塔引航”党建共同体生动实践专栏
    嵊州市卓越校长青蓝工程培训专栏
    嵊州市卓越校长青蓝工程培训专栏
    浙江省中小学“体教融合 以体育人”专栏
    浙江省中小学“体教融合 以体育人”专栏
    浙江省社区教育特色品牌项目建设专栏
    浙江省社区教育特色品牌项目建设专栏
    “躬耕教坛 强国有我”第39个教师节专栏
    “躬耕教坛 强国有我”第39个教师节专栏
    “护航开学季 聚力助成长”专栏
    “护航开学季 聚力助成长”专栏
    林乃聪:希望孩子们有一个诗意的童年
    林乃聪:希望孩子们有一个诗意的童年
    “缤纷暑假 快乐成长”专栏
    “缤纷暑假 快乐成长”专栏
    聚焦高质量教师队伍建设专栏
    聚焦高质量教师队伍建设专栏
    特色化办学赋能高质量发展探索与实践专栏
    特色化办学赋能高质量发展探索与实践专栏
    职业教育产教融合赋能提升行动专栏
    职业教育产教融合赋能提升行动专栏
    阅读为人生打下底色读书行动专栏
    阅读为人生打下底色读书行动专栏
    中小学落实“双减”政策多元路径探索专栏
    中小学落实“双减”政策多元路径探索专栏
    关注更多学子走上技能成才之路专栏
    关注更多学子走上技能成才之路专栏
    “培养积极心理 赋能幸福生活”心理健康教育专栏
    “培养积极心理 赋能幸福生活”心理健康教育专栏
    社区共学养老探索与实践专栏
    社区共学养老探索与实践专栏
    家庭教育赋能孩子成长探索与实践专栏
    家庭教育赋能孩子成长探索与实践专栏
    “以美育人 以美培元”生动实践专栏
    “以美育人 以美培元”生动实践专栏
    幼儿动商教育研究专栏
    幼儿动商教育研究专栏
    【诗评】笔端生意趣,字里跃童心
    【诗评】笔端生意趣,字里跃童心
    “名匠高足”育人品牌建设办学经验专栏
    “名匠高足”育人品牌建设办学经验专栏
    浙江省中职教师跨界融合发展共同体探索与实践
    浙江省中职教师跨界融合发展共同体探索与实践
    王柳娟:以心润心 以爱慧爱
    王柳娟:以心润心 以爱慧爱
    守教育初心 育技能人才
    守教育初心 育技能人才

校园新闻排行榜