與時間賽跑的物理學(xué)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(xué)界的對話;當(dāng)中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長等光環(huán)籠罩著他，他更習(xí)慣學(xué)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(xué)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(xué)家、量子反常霍爾效應(yīng)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(xué)家薛其坤的故事,希望讀者喜歡。
與時間賽跑的物理學(xué)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(yùn)”的最好注腳。對此，清華大學(xué)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(xué)本科畢業(yè)后，薛其坤被分配在曲阜師范大學(xué)當(dāng)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(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，曲阜師大的學(xué)生們畢業(yè)后大都當(dāng)中學(xué)教師。為了改變命運(yùn)，他和自己的學(xué)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(dāng)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(xué)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(xué)留學(xué)的機(jī)會。
這是薛其坤學(xué)術(shù)生涯的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，然而這個轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(xué)生每天早七點(diǎn)之前必須到實驗室簽到，晚十一點(diǎn)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(dǎo)師指令，他經(jīng)常受到導(dǎo)師嚴(yán)厲指責(zé)。導(dǎo)致導(dǎo)師和同學(xué)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(xué)習(xí)的同學(xué)受不了這樣的煎熬，“逃”了回去。薛其坤卻從剛上學(xué)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(dǎo)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(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文，順利拿到博士學(xué)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(xué)生短信，他們在實驗中發(fā)現(xiàn)了量子反常霍爾效應(yīng)的跡象。
薛其坤立即組織團(tuán)隊人員，設(shè)計實驗方案，部署實驗細(xì)節(jié)，實施檢測實驗。
接下來幾天的實驗中，團(tuán)隊成員用“誠惶誠恐”形容當(dāng)時的心情。25800歐姆，所有人期待著這個標(biāo)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(xué)將記住這一刻——在美國物理學(xué)家霍爾于1880年發(fā)現(xiàn)反常霍爾效應(yīng)130多年后，人類終于實現(xiàn)了其量子化。
量子反常霍爾效應(yīng)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(dá)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(jié)果揭曉當(dāng)天，薛其坤帶了兩瓶香檳，與團(tuán)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(yīng)，薛其坤打了個比方：普通狀態(tài)下的電子運(yùn)動軌跡是無序的，時有碰撞。量子霍爾效應(yīng)里的電子在外加磁場的情況下，運(yùn)動在“高速公路”上，分道行駛。
而在量子反常霍爾效應(yīng)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(yīng)用中“價格昂貴”“體積龐大”“不適于便攜式電子設(shè)備”這幾大難題。
薛其坤介紹，拓?fù)浣^緣體上實現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)由美國斯坦福大學(xué)華裔科學(xué)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?fù)浣^緣體材料絕非易事。
薛其坤及其團(tuán)隊卻勇敢擔(dān)起使命。
開始，他們沿國際上技術(shù)路線進(jìn)行嘗試，總是失敗。漸漸地，他們探索用不同元素和結(jié)構(gòu)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(yùn)測量;2011年，實現(xiàn)對拓?fù)浣^緣體能帶結(jié)構(gòu)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(yùn)性質(zhì)的影響;最終利用外加?xùn)艠O電壓實現(xiàn)了對其電子結(jié)構(gòu)的原位精密調(diào)控。
超導(dǎo)領(lǐng)域研究
在超導(dǎo)研究領(lǐng)域，薛其坤帶領(lǐng)研究團(tuán)隊發(fā)展了低溫分子束外延材料生長技術(shù)，2004年觀測到量子尺寸效應(yīng)導(dǎo)致的超導(dǎo)溫度的量子振蕩現(xiàn)象。該成果在固體物理學(xué)的發(fā)展上具有非常重要的基礎(chǔ)意義，薛其坤因此獲得2010年第三世界科學(xué)院物理獎和2011年國家自然科學(xué)二等獎等獎勵。
最近幾年，薛其坤研究團(tuán)隊首次把分子束外延技術(shù)用于鐵基高溫超導(dǎo)研究，發(fā)現(xiàn)了一類全新的低維高溫超導(dǎo)體系，使界面超導(dǎo)成為高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的一個全新研究熱點(diǎn)，引領(lǐng)了國際學(xué)術(shù)研究方向。
近年來，薛其坤作為首席科學(xué)家先后承擔(dān)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(wù)。在拓?fù)浣^緣體、低維超導(dǎo)和納米科學(xué)等三個物理學(xué)的熱點(diǎn)研究方向上，他的團(tuán)隊的研究水平已居于世界領(lǐng)先行列。
“科學(xué)研究不能急功近利”
“攻關(guān)卻不急躁”是薛其坤團(tuán)隊成員始終恪守的信條。在進(jìn)行量子反常霍爾效應(yīng)實驗過程中，曾有半年時間，一點(diǎn)兒進(jìn)展都沒有，這對團(tuán)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(yán)謹(jǐn)性和實驗的精確性。
“科學(xué)研究從來都急不得”，薛其坤關(guān)注的是扎扎實實的基本功訓(xùn)練，他對學(xué)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(xué)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(shù)與科研訓(xùn)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(biāo)點(diǎn)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(xí)慣，要做到閉著眼睛都能操作無誤。
薛其坤認(rèn)為，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)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(shè)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(shù)和細(xì)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(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的投入都是大幅度增長，這對搞基礎(chǔ)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(xí)慣傳承下去，讓研究少走彎路。”薛其坤說。
高情商
薛其坤是學(xué)術(shù)圈里公認(rèn)的高情商科學(xué)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(yīng)的科研團(tuán)隊中，馬旭村、陳曦、王亞愚、何珂等年輕科學(xué)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(xué)家不僅需要有智商，也需要有情商。現(xiàn)在的科學(xué)研究，尤其是科學(xué)實驗，都需要團(tuán)隊作戰(zhàn)。此外，情商高也有利于國際學(xué)術(shù)交流，有利于培養(yǎng)學(xué)生。”作為教授，薛其坤在培養(yǎng)學(xué)生時，除了嚴(yán)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(tuán)隊協(xié)作能力，你要學(xué)習(xí)和人打交道，你要在儀器上和很多人一起合作，要學(xué)會怎么做科學(xué)研究。”薛其坤經(jīng)常如此教育學(xué)生，“未來，當(dāng)你從執(zhí)行者變成指揮者的時候，你會發(fā)現(xiàn)學(xué)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(yīng)實驗成功后，他博士畢業(yè)，去美國麻省理工學(xué)院(MIT)當(dāng)博士后，幫助MIT的研究組重復(fù)了量子反常霍爾效應(yīng)的實驗結(jié)果，成為一名“準(zhǔn)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(xué)校總是培養(yǎng)不出杰出人才?”這是錢學(xué)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(xué)子。
“解答‘錢學(xué)森之問’的癥結(jié)在于時間。科學(xué)來不得半點(diǎn)馬虎，人才培養(yǎng)也要循序漸進(jìn)，不能躍進(jìn)。我這一輩人接受正規(guī)的系統(tǒng)科學(xué)訓(xùn)練已經(jīng)很晚，需要比別人更加刻苦才能彌補(bǔ)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(xué)訓(xùn)練，我國這些年對科研的投入也遠(yuǎn)非從前可比，一流的實驗室和科研團(tuán)隊會越來越多。”薛其坤認(rèn)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(xiàn)。文/韓爽
歷程評述：
1999年回國至今，薛其坤已指導(dǎo)博士后12位，其中有6人晉升為教授或研究員;培養(yǎng)了近50位博士，其中有兩人的論文入選全國優(yōu)秀百篇博士論文，兩人入選“青年千人計劃”、3人入選國家基金委“優(yōu)秀青年基金計劃”、兩人入選中科院的“百人計劃”。
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