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      2. 與時(shí)間賽跑的物理學(xué)家薛其坤的故事

        時(shí)間:2023-06-05 07:22:26 名人故事 我要投稿
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        與時(shí)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(duì)話;當(dāng)中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長(zhǎng)等光環(huán)籠罩著他,他更習(xí)慣學(xué)生叫他“薛老師”;他說(shuō),實(shí)驗(yàn)室生活與其說(shuō)是刻苦,不如說(shuō)是忘我,科學(xué)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有第二,需要爭(zhēng)分奪秒,沒(méi)有退路……他就是與時(shí)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(lái)分享與時(shí)間賽跑的物理學(xué)家薛其坤的故事,希望讀者喜歡。

        與時(shí)間賽跑的物理學(xué)家薛其坤的故事

          與時(shí)間賽跑的物理學(xué)家薛其坤的故事

          勵(lì)志人生

          薛其坤的人生經(jīng)歷,可謂是“知識(shí)改變命運(yùn)”的最好注腳。對(duì)此,清華大學(xué)物理系前主任朱邦芬院士說(shuō),“其坤出生成長(zhǎng)在貧困的沂蒙山區(qū),少時(shí)的艱苦生活練就了他特別能吃苦的堅(jiān)韌性格。他遇到過(guò)許多困難,但總是樂(lè)觀面對(duì)!毖ζ淅ぷ约簞t開(kāi)玩笑地說(shuō),之所以要來(lái)北京讀研,是因?yàn)榧依锢щy,想在研究生畢業(yè)后能找個(gè)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(shí)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(shí),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(lái)中國(guó)訪問(wèn),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(huì)。

          這是薛其坤學(xué)術(shù)生涯的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn),然而這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)卻充滿汗水和磨難。

          櫻井利夫的實(shí)驗(yàn)室被稱為“7-11”實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生每天早七點(diǎn)之前必須到實(shí)驗(yàn)室簽到,晚十一點(diǎn)以后才能離開(kāi),中午無(wú)午休,僅有吃飯時(shí)間。

          在被“7-11”魔鬼式作息制度折磨的同時(shí),薛其坤還要忍受不懂日語(yǔ)的精神折磨。由于聽(tīng)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(shí)驗(yàn)時(shí),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(tīng)的課文里找到了力量:“我是中國(guó)人,我愛(ài)自己的祖國(guó)……”

          他選擇留下來(lái),為中國(guó)人爭(zhēng)口氣。他每天第一個(gè)到實(shí)驗(yàn)室,最后一個(gè)離開(kāi)。漸漸地,導(dǎo)師的話能聽(tīng)懂了,實(shí)驗(yàn)儀器也會(huì)操作了,憑借扎實(shí)功底和超常付出,他最終在世界頂級(jí)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(kāi)始在國(guó)際物理界嶄露頭角。1999年,他入選中科院“百人計(jì)劃”,回國(guó)工作。

          追求極致

          2012年10月的一個(gè)晚上,薛其坤收到學(xué)生短信,他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了量子反;魻栃(yīng)的跡象。

          薛其坤立即組織團(tuán)隊(duì)人員,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,部署實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié),實(shí)施檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

          接下來(lái)幾天的實(shí)驗(yàn)中,團(tuán)隊(duì)成員用“誠(chéng)惶誠(chéng)恐”形容當(dāng)時(shí)的心情。25800歐姆,所有人期待著這個(gè)標(biāo)志性的數(shù)值。數(shù)據(jù)不停地跳動(dòng)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(guó)物理學(xué)家霍爾于1880年發(fā)現(xiàn)反;魻栃(yīng)130多年后,人類終于實(shí)現(xiàn)了其量子化。

          量子反;魻栃(yīng)的特征性行為順利得到驗(yàn)證:材料在零磁場(chǎng)中的反;魻栯娮柽_(dá)到量子電阻的數(shù)值并形成一個(gè)平臺(tái),同時(shí)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(duì)合影,留下這珍貴的回憶。這天,離2008年10月實(shí)驗(yàn)開(kāi)始已整整4年。

          對(duì)于量子霍爾效應(yīng),薛其坤打了個(gè)比方:普通狀態(tài)下的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是無(wú)序的,時(shí)有碰撞。量子霍爾效應(yīng)里的電子在外加磁場(chǎng)的情況下,運(yùn)動(dòng)在“高速公路”上,分道行駛。

          而在量子反;魻栃(yīng)中,無(wú)需在材料中加外磁場(chǎng),即可實(shí)現(xiàn)電子的“分道行駛”。這解決了外加磁場(chǎng)在實(shí)際應(yīng)用中“價(jià)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(shí)現(xiàn)量子反;魻栃(yīng)由美國(guó)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(shí)際中,能夠制出滿足實(shí)驗(yàn)需求的拓?fù)浣^緣體材料絕非易事。

          薛其坤及其團(tuán)隊(duì)卻勇敢擔(dān)起使命。

          開(kāi)始,他們沿國(guó)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(lái)生長(zhǎng)材料。1000個(gè)樣品,一次次生長(zhǎng)、測(cè)量,一次次不順利、調(diào)整,再生長(zhǎng)、再測(cè)量……終于,一個(gè)個(gè)激動(dòng)人心的成果接踵而至:2010年,完成對(duì)1納米到6納米厚度薄膜生長(zhǎng)和輸運(yùn)測(cè)量;2011年,實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)輸運(yùn)性質(zhì)的影響;最終利用外加?xùn)艠O電壓實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(duì)發(fā)展了低溫分子束外延材料生長(zhǎng)技術(shù),2004年觀測(cè)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(jiǎng)和2011年國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

          最近幾年,薛其坤研究團(tuán)隊(duì)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(gè)全新研究熱點(diǎn),引領(lǐng)了國(guó)際學(xué)術(shù)研究方向。

          近年來(lái),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(jì)劃項(xiàng)目,主持了國(guó)家基金委的創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目和重大國(guó)際合作項(xiàng)目等多項(xiàng)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(gè)物理學(xué)的熱點(diǎn)研究方向上,他的團(tuán)隊(duì)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(duì)成員始終恪守的信條。在進(jìn)行量子反;魻栃(yīng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,曾有半年時(shí)間,一點(diǎn)兒進(jìn)展都沒(méi)有,這對(duì)團(tuán)隊(duì)成員來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常大的考驗(yàn)。但薛其坤耐得住性子,他追求的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)驗(yàn)的精確性。

          “科學(xué)研究從來(lái)都急不得”,薛其坤關(guān)注的是扎扎實(shí)實(shí)的基本功訓(xùn)練,他對(duì)學(xué)生的要求是,“要在類似條件下把實(shí)驗(yàn)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(lè)觀、幽默、充滿活力,愛(ài)好廣泛,大部分時(shí)候,對(duì)他們都非常和藹,還經(jīng)常會(huì)買好吃的“賄賂”他們;但對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與科研訓(xùn)練,薛其坤對(duì)他們的要求到了近乎苛刻的地步:寫(xiě)報(bào)告,一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的錯(cuò)誤,他都會(huì)挑出來(lái);操作儀器,是順時(shí)針還是逆時(shí)針,都要養(yǎng)成習(xí)慣,要做到閉著眼睛都能操作無(wú)誤。

          薛其坤認(rèn)為,嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真是一個(gè)科研工作者不可或缺的品質(zhì)。“實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的設(shè)備總價(jià)值大概 3000多萬(wàn)人民幣,一個(gè)操作失誤,可能幾萬(wàn)、十幾萬(wàn)就沒(méi)有了。如果沒(méi)有精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和細(xì)致操作,很難實(shí)現(xiàn)重大的科研成果!

          “國(guó)家連續(xù)多年對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的投入都是大幅度增長(zhǎng),這對(duì)搞基礎(chǔ)研究的人來(lái)說(shuō),是一個(gè)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!毖ζ淅ふf(shuō)。

          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(jí)的合作伙伴,也知人善任,讓每一個(gè)人人盡其用。比如量子反;魻栃(yīng)的科研團(tuán)隊(duì)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,F(xiàn)在的科學(xué)研究,尤其是科學(xué)實(shí)驗(yàn),都需要團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)。此外,情商高也有利于國(guó)際學(xué)術(shù)交流,有利于培養(yǎng)學(xué)生!弊鳛榻淌,薛其坤在培養(yǎng)學(xué)生時(shí),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(duì)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(huì)怎么做科學(xué)研究!毖ζ淅そ(jīng)常如此教育學(xué)生,“未來(lái),當(dāng)你從執(zhí)行者變成指揮者的時(shí)候,你會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)會(huì)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;魻栃(yīng)實(shí)驗(yàn)成功后,他博士畢業(yè),去美國(guó)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(shí)驗(yàn)結(jié)果,成為一名“準(zhǔn)指揮者”。MIT的教授對(duì)常翠祖的工作非常滿意,在薛其坤赴美開(kāi)會(huì)時(shí),特地請(qǐng)他吃飯,感謝他培養(yǎng)出了一流人才。

          “為什么我們的學(xué)?偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才?”這是錢學(xué)森在2005年曾提出的沉重問(wèn)題,F(xiàn)任清華副校長(zhǎng)的薛其坤,對(duì)這個(gè)問(wèn)題持有樂(lè)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(wèn)’的癥結(jié)在于時(shí)間。科學(xué)來(lái)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(gè)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(guó)這些年對(duì)科研的投入也遠(yuǎn)非從前可比,一流的實(shí)驗(yàn)室和科研團(tuán)隊(duì)會(huì)越來(lái)越多!毖ζ淅ふJ(rèn)為,只要我們國(guó)家的發(fā)展勢(shì)頭保持下去,跟國(guó)外站在同一個(gè)起跑線上的新一代研究者,未來(lái)就將作出更大貢獻(xiàn)。文/韓爽

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