9月10日,2019年度北京市科學技術獎勵大會召開。與往年不同的是,今年首次增設了人物獎,即突出貢獻中關村獎、傑出青年中關村獎、國際合作中關村獎。其中,突出貢獻中關村獎為北京市科學技術最高獎,是北京科技界的最高榮譽,北京量子信息科學研究院院長、清華大學副校長薛其坤榮膺了這一獎項。
作為獲獎代表發言時,這位潛心科研的科學家擲地有聲地表達了對科技和祖國的濃濃深情:「每當聽到我國取得新的重大科技突破時,我都會感到無比的興奮和自豪!我內心始終有一種信念,那就是中國的科學家一定要不負使命,傾其一生,為國家謀科學,為人民謀幸福,為民族謀復興!」
▶讀書的時候曾經不喜歡做實驗
如果不是實驗證明量子反常霍爾效應,公眾可能還不知道薛其坤是誰。也許絕大部分人還是不清楚這位科學家到底做出了什麼,只知道是被楊振寧先生評價為「諾貝爾獎」級的科學發現。但看過央視《開講啦》《朗讀者》的觀眾一定會記住這個操著山東口音,為大家講述自己故事的科學家。
薛其坤1963年出生在山東省沂蒙山區的一個小村莊,物質條件匱乏,小時候上學的課桌就是從中間劈開的一棵樹或者水泥板做成的,凳子是自己從家帶來的。那個年代的中國人似乎都有一個共同的特點:他們雖然接觸信息有限,但都會從課本中知道為人類作出偉大貢獻的科學家,加之1978年喊出了「科學春天」的口號,因而本能地對科學有了朦朧、樸素的嚮往。用薛其坤自己的話說,「當一個科學家多麼偉大」。但真正成為科學家,尤其是傑出的科學家並不是一件簡單的事,「對專業沒有任何想法,能上大學就行」才是當時薛其坤內心的真實寫照。
貪玩的薛其坤在中學時代成績不錯,老師認為他能考上大學。對於一個山東人來講,去本省最高學府山東大學是很自然的選擇,最終薛其坤被光學系雷射專業錄取,成為讓全家人驕傲的大學生。
對於在光學系讀書這件事,薛其坤表示一方面是因為當時國家發展雷射相關研究,誕生了當時的專業建制,另一方面是因為自己當時信息匱乏,陰差陽錯就進到這裡開始了大學生活。
比較出人意料的是,如今已是國際知名實驗物理學家的薛其坤讀書時並不喜歡做實驗。「應該說我更願意學習課程內容中的理論,對實驗不是特別感興趣,而且做實驗後寫的報告自我感覺很好,卻沒有好成績,對我也有點打擊。」不過這並不是他不喜歡做實驗的真正原因,「很重要的原因是實驗一般是下午做,有時一做一下午,耽誤踢球。」他很實在地表示,4點半是足球時間,如果5點鐘還沒做完實驗,就會覺得十分懊惱。
很難想像這位身材瘦削,整日埋頭於實驗室的科學家也曾酷愛運動。他還說自己當時是《足球報》的讀者,期期不落。也許正是對運動的熱愛練就了他強健的體魄,為以後夜以繼日的高強度攻關節奏打下了良好的基礎。
畢業後,薛其坤被分配到曲阜師範大學做助教,平時就是給學生判作業,幫助答疑,「我的工作相對來說非常輕鬆」。輕鬆的代價就是考研失利,得到了現在廣為流傳的兩個39分:第一次高等數學39分,第二次普通物理39分。
不過,這兩個39分的負面影響極其有限,他回憶道:「當時沒考上,心情確實不愉快,但時間很短,因為我本人很樂觀。」也許是艱苦的生活條件磨練了他的意志,培養了他樂觀的性格,總之,他一直覺得沒有過不去的坎。
▶告別娛樂,在國際舞臺嶄露頭角
經過查漏補缺,薛其坤在第三次如願考上了中國科學院物理研究所。在物理所學習了一年多後,他找到了自己的研究方向,開始了表面物理科研之路。
在讀博士一年半後,薛其坤有了一個接受日本東北大學金屬材料研究所聯合培養的機會,這是日本最古老的大學附屬研究所,即使語言不通,他也很樂意出國長長見識,接觸更好的實驗設備。
但薛其坤不知道,這個實驗室有著鐵一般的規矩:早晨7點到實驗室,晚上11點離開,全員遵守,不得違反。
雖然薛其坤在去日本前就知道那裡管理嚴格,但他怎麼也沒想到自己的導師櫻井利夫會是連標點符號錯誤都會嚴厲指出的人!導師的嚴厲加上不懂日語的不便,讓薛其坤從寬鬆的環境直接進入了高壓環境,過得非常痛苦。原本打算在日本多轉轉的他,最終連自己大學所在的仙臺市都沒怎麼遊覽過,生活中只有「吃飯,睡覺,做科研」三件事,徹底告別了過去喜歡的足球、武俠小說等娛樂愛好。
「困啊,真困,在馬桶上都能睡著」,回憶那段磨人日子的薛其坤笑著說。他承認自己當時很想離開實驗室,想回國,想家,「那時候也沒有排解消遣的方式,只能靠自己反思,要不斷朝好的方向想,辯證地去想」。所幸那個時候他已經到了能冷靜思考的年齡,所以在幾乎忍受不了時,能通過思考冷靜下來。
這裡也有作為中國人的決心在起作用——在長途電話裡聽到兒子背誦《我是中國人》的課文時,他很想為國人爭口氣。
最後,薛其坤堅持了下來,科研進展慢慢變得順利,成為了實驗室中的得力幹將。在日本留學期間,他因為出色的研究成果受邀第一次在美國物理學會年會上作了邀請報告,漸漸開始在國際舞臺上嶄露頭角。
回首來路,導師嚴謹的科研態度讓薛其坤得到了充分的鍛鍊。他將這樣的習慣延續了20餘年,在高強度的攻關過程中取得一個又一個成果,並且真正享受這種科研生活。
▶堅持不懈,發現量子反常霍爾效應
薛其坤終究是想要回國的,但需要一個契機。1999年,這個契機終於來了——他通過中科院「百人計劃」回國,正式加入物理所工作。時年9月,他已成為表面物理國家重點實驗室主任。
當薛其坤決定向量子反常霍爾效應進軍時,並沒有想做出實驗的雄心壯志,因為這一領域2005年才開始在國際上興起。但是,追求科學前沿是一個優秀的科學家和學生必然選擇的方向,在經過一段時間的努力後,他們正式開始設立科學目標。「會不會不成功?」這個問題薛其坤也考慮過,不過他認為即使沒有摘到山頂的櫻桃,沿途的花草風景也都是收穫——在最終成果出來之前,他們也確實發現了一些新的物理現象。
薛其坤永遠不會忘記2012年10月12日晚上10點35分的那條簡訊。當時他剛從實驗室回到家,學生發來簡訊:「薛老師,量子化反常霍爾效應出來了,等待詳細測量。」
接下來幾天做實驗的心情,團隊成員用了「誠惶誠恐」這個詞來形容。25800歐姆,所有人期待著這個標誌性數值的出現。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於1881年發現反常霍爾效應130多年後,人類終於實現了其量子化。
量子反常霍爾效應的特徵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並形成一個平臺,同時縱向電阻急劇降低並趨近於零。
結果揭曉當天,薛其坤帶了兩瓶香檳與團隊合影,留下了這珍貴的回憶。這天,離2008年10月實驗開始已經過去了整整4年。
2013年3月15日,《科學》雜誌發表了一項物理學界的重大成果——薛其坤領銜的團隊在實驗中首次發現量子反常霍爾效應。後來,包括美國和歐洲的頂級團隊都按照薛其坤的方法證明了實驗結果,這才讓這一百多年來的「霍爾效應」又添上了濃墨重彩的一筆。
《科學》雜誌發表了一項震驚物理學界的成果——薛其坤領銜的團隊在實驗中首次發現量子反常霍爾效應。
▶榮譽加身,只當作新的起點
薛其坤的科研成果纍纍,各種獎項和榮譽也隨之而來。2017年,他獲得了首屆未來科學大獎物質科學獎,這是中國大陸第一個由科學家、企業家群體共同發起的民間科學獎項,獎金高達100萬美元,被認為是中國諾貝爾獎。「我是『腰纏萬貫』的科學家」,薛其坤風趣地說。
2019年1月8日,2018年度國家科學技術獎勵大會上宣布薛其坤團隊以「量子反常霍爾效應的實驗發現」獲得了本年度國家自然科學獎項中唯一的一等獎。
薛其坤獲得首屆民間科學獎——未來科學大獎。
2020年,他又獲得了國際純粹物理和應用物理聯合會頒發的2020年度低溫物理領域的菲列茲·倫敦獎。這是1957年該獎項設立以來,首次頒發給中國的科學家。
而薛其坤並沒有留戀種種榮譽,他早已投身於新的工作。自2017年12月起,他就擔任北京市新型研發機構——北京量子信息科學研究院的院長,在北京全國科技創新中心的建設、人才培養和國際學術交流等方面貢獻自己的力量。
如果說量子反常霍爾效應的實驗發現是重大科技創新的話,那麼量子院的建設就是重大制度創新的探索。薛其坤鄭重表示:「我們的使命就是發揮新型舉國體制優勢,探索『重大目標導向、關鍵任務分解、政產學研協同、國防民用融合、專職兼職並舉、引才育才兼顧、權利利益共享』的管理運行模式,目標就是要把量子院建設成為中國量子信息技術的核心基地,成為量子信息領域的國家戰略科技力量。」
薛其坤知道,要想實現這個目標,除了他本人的努力之外,最重要的就是培養專業人才隊伍。而現實情況是,數年如一日的實驗會讓學生們急躁,他們面臨畢業,絕大部分團隊的學生未來也將從事相關領域的科研工作,沒有一個學生想掉進「大坑」。但薛其坤的鼓舞讓他們都堅定了信念,團隊的其他老師也與學生站在同一戰線。薛其坤說:「做這種有挑戰性的實驗,壓力大是一種常態,沒有任何結果的話,實際上心情非常不好。作為導師和長輩,首先就要在精神上給予他們鼓勵。」
他自豪地表示:「我在學生心中的形象應該是蠻好的,他們願意聽我的鼓勵,我也會給他們舉自己和一些世界著名科學家的例子。」
▶「吃苦耐勞、非常勤奮」
在絕大多數報導中,3次考研、7年博士之路似乎總會讓人覺得薛其坤非常勵志,也更加接地氣。但事實上,他有非常好的物理天賦。「在工作方面,我想提到薛教授最多的是勤奮,但實際上我認為他的物理直覺非常好,在學術方向上判斷很準,而且這樣的物理直覺不僅僅是經過長期研究獲得的,而是有物理天分在裡面。」清華大學王亞愚教授說。
王亞愚與薛其坤合作多年,最讓他佩服的是薛其坤喜歡去拓展新的領域,儘管這個領域會遇到很多困難,也有很多行家,但薛其坤願意嘗試,還能給新的領域帶來新的想法,有他個人特色的想法。
王亞愚說,薛教授其實很喜歡高溫超導方面的研究,這是世界公認的科學難題。「原來他對超導應該算是外行,2008年開始對這項研究非常感興趣。而且因為他此前不在這個方向工作,反而帶來了他的研究方法和手段,比如用分子束外延的方法來製備高溫超導的樣品,再去研究它。」這正是薛其坤獲得未來科學大獎的理由之一。
薛其坤承認自己感興趣的研究方向很多,但依然要做理性判斷,「每年、每個月甚至每天你都有可能想到或者了解到有意思的課題,但每一個科學家都有自己的學術專長,特別是優秀的科學家,應該有實事求是的精神和更加深刻的學術判斷。」
薛其坤不承認自己是天才,他常說自己「不算絕頂聰明,但吃苦耐勞、非常勤奮」。大方向找對了,再加上堅持不懈的努力,才讓他有了今天的成就。
內容來源:全國科技創新中心
原標題:《北京市突出貢獻中關村獎獲得者薛其坤:為國家謀科學,為人民謀幸福,為民族謀復興》
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