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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)沒有第二，需要爭(zhēng)分奪秒，沒有退路……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
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)。”薛其坤自己則開玩笑地說(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，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的課文里找到了力量：“我是中國(guó)人，我愛自己的祖國(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。漸漸地，導(dǎo)師的話能聽懂了，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。
量子反常霍爾效應(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)量子反常霍爾效應(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)就沒有了。如果沒有精湛的實(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。”薛其坤說(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。”作為教授，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。”薛其坤經(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�；魻栃�(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)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(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�？茖W(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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