您當(dāng)前的位置 :首頁 > 人物 > 各界楷模
投稿

“抓”量子的“皮實”科學(xué)家薛其坤

2024-07-23 06:09:08 來源: 環(huán)球人物 作者:牛志遠 喻思南 點擊圖片瀏覽下一頁

 

薛其坤。

“35歲當(dāng)教授,42歲當(dāng)院士,什么什么什么的光輝燦爛的簡歷,你們覺得我這個人聰明嗎?”

臺下的學(xué)生們齊刷刷地回答:“聰明!”

臺上演講的人是中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)校長薛其坤。2021年,這段演講在短視頻平臺火了,網(wǎng)友們調(diào)侃他是在“凡爾賽”(網(wǎng)絡(luò)用語,意為用低調(diào)的方式展示自己的優(yōu)越)。

今年6月24日,當(dāng)薛其坤斬獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎時,人們再次關(guān)注到他身上的“優(yōu)越點”:年齡。他尚未滿61歲。從2000年頒發(fā)國家最高科學(xué)技術(shù)獎開始,直到今年之前,獲獎人在獲獎時的平均年齡大約是83歲。而薛其坤在尚未滿61歲的時候就獲得此項殊榮,實屬“年輕”。人們大多認為,“他一定是個天才”

可在薛其坤看來,真正天賦異稟的人寥寥無幾,他打了個比方:

“‘天才’和眾生一起登山。‘天才’日夜兼程,風(fēng)雨無阻;普通人累了就休息,走走停停。當(dāng)‘天才’登頂后,發(fā)現(xiàn)身后竟無一人;而此時在山腰休息的普通人看到他登頂會說,‘登頂?shù)墓皇翘觳,我們自愧不如?rsquo;。”

攀登科學(xué)的頂峰,是關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過,薛其坤深知他是那個日夜兼程趕路的人。正如他對《環(huán)球人物》記者所言:“要想有所成就,要用一分天分,付出九十九分的努力。”

考了兩次39分

薛其坤的故事,起點是典型的勵志和“逆襲”。

1963年12月,薛其坤出生在山東省蒙陰縣。這里地處沂蒙山區(qū)腹地,“蒙陰”就是“蒙山之陰”。獨特的岱固地貌賦予這里山嶺縱橫的秀麗風(fēng)光,也讓這里經(jīng)歷了長時間的貧窮。薛其坤是看著父母起早貪黑干農(nóng)活的背影長大的。那時,他的課桌是劈開的樹樁,連凳子都需要自己帶。

在堂兄弟的記憶中,兒時的薛其坤對待學(xué)習(xí)總是“很擰”(山東方言,意為執(zhí)著)。吃飯時想到搞不懂的問題,他就放下碗筷到一邊想,直到完全弄懂才繼續(xù)吃。恢復(fù)高考后的第三年,薛其坤走上了高考考場,物理滿分100分,他考了99分。這個普普通通的農(nóng)家子弟得以走出沂蒙山區(qū),被山東大學(xué)光學(xué)系激光專業(yè)錄取。

在山東大學(xué)的4年,盡管薛其坤沒有缺席過一堂課,卻不是班里學(xué)習(xí)成績的佼佼者。本科期間,他獲得的最高榮譽是:大二時與室友合寫的一篇論文得了學(xué)校舉行的五四青年節(jié)科學(xué)論文比賽一等獎。這大大激發(fā)了他從事科研的熱情。

1984年,薛其坤大學(xué)畢業(yè),懷著對科研的樸素向往,他決定報考研究生。然而,第一年考研,他的高等數(shù)學(xué)只得了39分。他毫不猶豫選擇“二戰(zhàn)”,這一次大學(xué)物理又得了39分。

兩次39分的打擊足以讓一般人退縮,但從小苦到大的薛其坤不一樣。“我也有過不愉快,可是這種情緒不會持續(xù)幾分鐘。”相反,薛其坤意識到自己在基礎(chǔ)知識上的短處,將連續(xù)失敗視作把基礎(chǔ)知識打扎實的好機會。1987年,薛其坤“三戰(zhàn)”終于成功,進入中國科學(xué)院物理研究所學(xué)習(xí)。

在這里,他的研究方向是凝聚態(tài)物理。這是一門研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)以及它們之間關(guān)系的學(xué)科,而場離子顯微鏡就是能夠進入微觀世界的“眼睛”。在導(dǎo)師陸華的帶領(lǐng)下,薛其坤每天至少要試做3個場離子顯微鏡的樣品針尖。兩年下來,他做了1000多個針尖,“手藝”已臻化境。不過,薛其坤沒有得到一套像樣的數(shù)據(jù)能寫一篇論文畢業(yè)。“因為當(dāng)時的儀器設(shè)備經(jīng)常出問題,我在物理所修了4年的儀器。”

1992年,薛其坤在導(dǎo)師的推薦下,作為中日聯(lián)合培養(yǎng)博士生,前往日本東北大學(xué)攻讀博士學(xué)位。日方的聯(lián)合培養(yǎng)導(dǎo)師是櫻井利夫,一位物理學(xué)界學(xué)術(shù)“大拿”的關(guān)門弟子,主要研究領(lǐng)域是1981年才發(fā)明的掃描隧道顯微鏡相關(guān)研究。


薛其坤(左一)與導(dǎo)師櫻井利夫(左二)的合影。(受訪者供圖)

在櫻井利夫的實驗室,薛其坤經(jīng)受了“早起晚歸”的嚴峻考驗。

首先遇到的是作息關(guān)。“困。”薛其坤直言。櫻井利夫以嚴格著稱,他的實驗室被稱為“7—11實驗室”:每周6天,早上7點需到達實驗室,當(dāng)晚11點之前不允許離開。困意襲來時,為了使自己能頭腦清醒地學(xué)習(xí),薛其坤就“擰”自己的腿。實在頂不住了,他就跑到衛(wèi)生間,坐到馬桶上打一個盹兒。“不能打的時間長了,20分鐘左右就得出去,否則會被人發(fā)現(xiàn)。”

其次是語言關(guān)。因為不懂日語,英語聽力又差,薛其坤起初幾乎聽不懂老師們的指令,當(dāng)老師們帶著其他學(xué)生一起做實驗的時候,他連碰都不敢碰,只能怔怔地看著。老師們也看不上這個連語言都不通的學(xué)生:“你連我的話都聽不懂,我還怎么教你?”老師們說這些話時,薛其坤能察覺到他們帶有不信任的眼光。

背井離鄉(xiāng)、工作高壓、語言不通、不受待見……這讓薛其坤感到前所未有地受挫。“一年有七八個月的時間想放棄,想回家、想回國。”

確實有一部分同學(xué)熬不住離開了這個實驗室,但薛其坤堅持了下來。他說,自己是在沂蒙山區(qū)長大的孩子,“皮實”。

“皮實”的薛其坤心里憋著一股勁:想要做出一個像樣的科研成果,給推薦自己出國的導(dǎo)師和自己有個交代。為了這個目標(biāo),薛其坤每天只做三件事:“吃飯、睡覺、搞科研。”

一開始,薛其坤做的是“粗活”。他接到過一項任務(wù):花3天時間,把上萬個螺絲擺整齊,并嚴格進行分類。在崩潰邊緣數(shù)次徘徊,薛其坤終于挺過了適應(yīng)期,也熬過了做“粗活”的日子。實驗室的掃描隧道顯微鏡要求針尖既精細又穩(wěn)定,購買的針尖總是不好用,薛其坤在做場離子顯微鏡研究時掌握的“絕活”就亮相了:他自己做。很快,整個實驗室都知道了,他是制備針尖水平最高的學(xué)生。

在這嚴格的工作環(huán)境下,他學(xué)會了怎么做掃描隧道顯微鏡實驗,掌握了分子束外延技術(shù)。接到第一個課題后一年半,薛其坤就取得了一個重要突破,這也是櫻井實驗室30年來的最大成果之一。就這樣,薛其坤成了櫻井實驗室當(dāng)之無愧的科研骨干。用薛其坤的話說,“我這個最不受待見的‘丑小鴨’變成了‘小天鵝’”。

博士畢業(yè)后,薛其坤先后在日本東北大學(xué)金屬材料研究所和美國北卡羅來納州立大學(xué)物理系工作。但國外的職位并沒有讓他安心,“我始終無法踏實下來,即使是去買家具,也不愿意買太好的”,因為看到了中國與世界有著巨大的差距。薛其坤更加想回到祖國,“幫助國家做一點事”。

“山頂可能有櫻桃”

1994年,中國科學(xué)院啟動“百人計劃”,朱日祥、曹健林、盧柯等14位杰出青年科學(xué)家率先回到祖國。1998年,在材料科學(xué)領(lǐng)域已頗有名氣的薛其坤也入選該計劃,回國進入中國科學(xué)院物理研究所工作。

2005年,薛其坤調(diào)入清華大學(xué)物理系任職,年底,42歲的他當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。不久后,他將目光投向了物理學(xué)的一個前沿方向:拓撲量子物態(tài)。

當(dāng)時,芯片已然成為信息時代最重要的工具之一,是處理大量信息的“大腦”。在指甲蓋大小的芯片里封裝數(shù)十億個晶體管,堪稱人類最復(fù)雜的壯舉之一?墒,當(dāng)數(shù)據(jù)量指數(shù)性爆發(fā),僅憑集成更多晶體管不再“一招鮮”,元器件的發(fā)熱問題成為限制算力提升的瓶頸。

在材料中,電子的運動是高度無序的。電子和電子、電子和雜質(zhì)會不斷碰撞,產(chǎn)生電阻、發(fā)熱等。如果給薄膜材料外加一個強磁場,電子有可能立即“規(guī)矩”起來,沿著邊界不受阻礙地運動,這種有趣的現(xiàn)象叫做量子霍爾效應(yīng)。1988年,美國的霍爾丹教授提出假設(shè):在兼具自發(fā)磁化和電子態(tài)特殊拓撲結(jié)構(gòu)狀態(tài)下,有可能在不外加磁場的情況下產(chǎn)生量子霍爾效應(yīng)。這就是量子反;魻栃(yīng)。

多年來,量子反;魻栃(yīng)如同一個傳說中的“寶藏”,讓各國物理學(xué)家魂牽夢繞,卻沒人能證明它真實存在。

2005年,一種新的概念——拓撲絕緣體概念被提出。科學(xué)家認為,在拓撲絕緣體薄膜中引入鐵磁性,理論上有可能實現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)。

但找到這樣的材料很難:它的邊緣態(tài)能導(dǎo)電,內(nèi)部又是絕緣體,還得具備磁性,而磁體通常為導(dǎo)電體,這是一個自相矛盾的要求。因此,有人將這項全球?qū)嶒炍锢韺W(xué)家面臨的巨大挑戰(zhàn),形容為“沒有賽道的競技場”。

薛其坤十分敏銳地捕捉到了這個新領(lǐng)域:“你能感覺到這個方向?qū)霈F(xiàn)非常重要的東西。”這是一個重大科研機遇,“誰率先取得突破,誰就將在后續(xù)的研究和應(yīng)用中占得先機。”

他的這份敏銳,也就是物理學(xué)家楊振寧常常提及的“學(xué)術(shù)品位”。

2008年,利用分子束外延生長等技術(shù),薛其坤研究團隊研制出了國際最高質(zhì)量的拓撲絕緣體樣品。

然而,能否在這種材料中觀測到量子反常霍爾效應(yīng)?何時能觀測到?誰也不知道,很可能終其一生都無法完成。薛其坤說:“這是理論物理學(xué)家給我們畫出的櫻桃。山頂可能有櫻桃,但到底有沒有,不知道。”

2009年起,薛其坤團隊開始對量子反常霍爾效應(yīng)進行實驗攻關(guān)。

一開始就不順利,團隊遭遇了長達1年多的瓶頸期,實驗毫無進展,許多博士生覺得干不下去了。關(guān)鍵時刻,薛其坤說了一番話:“我們現(xiàn)在從事的實驗工作是非常重要的,你們很可能發(fā)現(xiàn)到目前為止還從沒有人看到過的東西。要是看到了,這一輩子都值了;要是看不到,你們也能從中歷練、成長很多。”

這番話讓團隊成員“渾身發(fā)熱”,重整旗鼓。

但光有激情還不夠,勇闖“無人區(qū)”還要做好面對一次次失敗的準備。實驗的要求十分苛刻:必須要做出極其平整的拓撲絕緣體,表面凹凸1納米都不行。每制備一個樣品都非常不易,“順利的時候一周能做出5塊樣品,不順利的時候一個月也做不出來一塊”。

一次實驗不行,薛其坤就帶著團隊改進樣品、創(chuàng)新方法;還是不行,就再改進、再創(chuàng)新。4年多的時間里,這種精細到苛刻的樣品,薛其坤團隊前后制備了1000多個。薛其坤常常開玩笑:“我們的機器沒有停過,我們把機器都累‘死’了。”

薛其坤也沒有停過。即使是出差回到學(xué)校,晚上11點多還是要去實驗室。西裝和領(lǐng)帶來不及換下,一坐就是兩個小時。北大物理系教授楊威生評價薛其坤:“這個家伙,吃苦耐勞異于常人。”

但連這個“吃苦耐勞異于常人”的人,也有感覺做不下去的時候。薛其坤坦言:“總是今天好像看到了希望,出去吃一頓大餐慶祝,結(jié)果明天發(fā)現(xiàn)還是不行。不知道采取什么新的實驗方案。”

奇跡出現(xiàn)在2012年10月12日晚上10時35分。薛其坤收到學(xué)生常翠祖發(fā)來的一條短信:“薛老師,量子反;魻栃(yīng)出來了,等待詳細測量。”薛其坤不太敢相信自己的眼睛,立即打電話再三確認情況?梢源_定的是,量子反常霍爾效應(yīng)的跡象有了。“那一天,真是有點‘柳暗花明又一村’的感覺來了!”

但嚴謹?shù)目茖W(xué)精神告訴薛其坤,一次結(jié)果不能說明問題,需要用不同的樣品多次重復(fù)實驗。薛其坤團隊又進行了兩個月的集中測試和不斷鉆研。大功告成的那天是2012年12月16日,他們用一組十分漂亮干凈的數(shù)據(jù),觀測到了量子反;魻栃(yīng)。


薛其坤(左三)和項目組主要成員一起慶賀觀測到量子反常霍爾效應(yīng)。

2013年4月10日,量子反常霍爾效應(yīng)成果發(fā)布會在清華大學(xué)舉行,楊振寧對此予以高度評價:“從中國實驗室里第一次發(fā)表出來了諾貝爾物理學(xué)獎級別的論文……是整個國家發(fā)展中的喜事。”

成果發(fā)布后,薛其坤團隊受到曾經(jīng)領(lǐng)先的部分國際同行對實驗數(shù)據(jù)真實性的質(zhì)疑。直到一年半后,日本和美國的2所國際著名高校研究團隊相繼復(fù)現(xiàn)了這一實驗結(jié)果,證明了實驗的可靠性,質(zhì)疑才煙消云散。此時,全世界科學(xué)家紛紛對薛其坤團隊的成果表達了高度贊賞,薛其坤說:“讓他們信服中國的科學(xué)進展、見證中國的科學(xué)發(fā)展,是我作為一名科學(xué)家最樸素的職責(zé)。”

看到“山頂上的櫻桃”那一年,薛其坤不滿50歲。他不常提及困難,而是常常說起感謝。他說自己是個“幸運兒”,“一艘從沂蒙山區(qū)駛出的小船”,乘著改革開放的春風(fēng),上了大學(xué),趕上了科學(xué)的春天,最終取得了“從0到1”的突破,“沒有國家的強大、經(jīng)濟的發(fā)展,這個實驗是做不成的”。

“慈”與“嚴”

薛其坤也是一名教育工作者。他2005年起任清華大學(xué)物理系教授,2013年擔(dān)任清華大學(xué)副校長,2020年擔(dān)任南方科技大學(xué)校長。近20年的教育工作讓他桃李滿園,跟著他讀完博士、博士后的學(xué)生有120多名。薛其坤對此感到很驕傲,笑著說他們都能組成“一個連”了。

在學(xué)生們眼中,“慈”與“嚴”這兩種特質(zhì)在薛其坤身上奇妙融合在一起,構(gòu)成獨一無二的“薛教授”。


薛其坤(右)指導(dǎo)學(xué)生做實驗。

清華大學(xué)物理系教授王亞愚回憶:“去國外開會,薛老師會拿自己的錢給學(xué)生發(fā)零花錢。他手里存不住東西,經(jīng)常有哪個學(xué)生夸他的東西好,他當(dāng)場就送給人家。”薛其坤的辦公桌上,有時放著餅干,有時放著牛奶或面包。有學(xué)生做實驗到深夜仍未結(jié)束,他會一聲不吭跑到實驗室,進門就開始發(fā)小零食。

實驗室到處都要花錢,貴的儀器價值上千萬元,有些儀器要在極低溫環(huán)境下運行,需要用到液氦,液氦要幾百元一升,薛其坤就說:“你們用的是價值10輛奔馳的儀器,它們喝著‘茅臺’,你們一定要珍惜。”

生活中的薛其坤有著山東人樸實的特質(zhì)。見到學(xué)生時,他總是笑瞇瞇地,是那種“咧開嘴,高興到心里的笑”。他一說話,山東口音濃厚,說英語也帶著口音。他把做實驗比喻成騎自行車。剛開始學(xué),沒有成就感;等你學(xué)會了,騎自行車速度快了,就覺得很愉快。他也用對自行車的標(biāo)準來要求學(xué)生:你要把儀器熟練掌握得像每天騎的自行車一樣,聽到鏈條響了知道該給它上油,鏈子斷了你要會修,讓儀器始終以一種完美的狀態(tài)去運行。

樸實的教導(dǎo)之外,薛其坤也會用細致到近乎嚴苛的標(biāo)準來要求學(xué)生:進行任何實驗操作都要戴口罩、戴手套;論文中不能有多出來的空格,不能錯用標(biāo)點符號;做一個實驗要做到別人再做會覺得“沒有油水可撈”的程度。

在薛其坤的學(xué)生們中間,有一段故事口口相傳,故事里的薛其坤罕見地紅了眼眶。那一次,薛其坤像往常一樣來到實驗室,碰到一名學(xué)生沒有盯著實驗,而是在電腦瀏覽無關(guān)網(wǎng)頁,頓時火冒三丈,嚴厲批評:“你們現(xiàn)在擁有這么好的實驗條件,卻不知珍惜,這不只是在浪費自己的時間,也是在浪費科研資源!”說到激動處,薛其坤眼含熱淚。

在嚴慈相濟的培養(yǎng)下,薛其坤帶領(lǐng)的團隊成員和培養(yǎng)的學(xué)生中,除了“一個連”的博士和博士后,還有1人當(dāng)選中國科學(xué)院院士,30余人次入選國家級人才計劃。薛其坤發(fā)現(xiàn),學(xué)生們在當(dāng)了老師、有了自己的實驗室后,又自覺地把當(dāng)年對他“頗有微詞”的那套細致、嚴苛傳統(tǒng)傳承了下去。

2020年,薛其坤擔(dān)任南方科技大學(xué)校長。今年7月4日,在南方科技大學(xué)2024屆本科生畢業(yè)典禮上,兩名畢業(yè)生給薛其坤送上一只南方科技大學(xué)足球隊簽名的足球,表示要和薛校長“切磋球藝”。薛其坤捧著足球站在學(xué)生中間,依然帶著那種“咧開嘴,高興到心里的笑”。


2024年7月4日,薛其坤(中)在南方科技大學(xué)2024屆本科生畢業(yè)典禮上與學(xué)生合影。

白天處理學(xué)校的行政事務(wù),除了睡覺,其他時間盡可能用來做研究,薛其坤形成了一套自己的“2/3+1/6+1/6”工作時間規(guī)劃:2/3的時間從事管理,1/6的時間從事科學(xué)研究和指導(dǎo),1/6的時間參加國內(nèi)外活動;字辏Φ貌灰鄻泛,但他的身上看不出一點高強度工作帶來的疲憊,而是展示出一種愉悅和從容。

他不止一次提到他對于當(dāng)下狀態(tài)的“享受”。“我還是非常喜歡我的工作,不管是帶學(xué)生做科學(xué)研究,還是管理好一個大學(xué),只要身體允許,我還是希望把更多的時間放在自己喜歡的工作上面。所以我經(jīng)常自嘲,生命不息,奮斗不止,我很享受。”

這艘從沂蒙山區(qū)駛出的“小船”,仍在路上。

責(zé)任編輯: 劉偉
版權(quán)聲明:
·凡注明來源為“今日報道網(wǎng)”的所有文字、圖片、音視頻、美術(shù)設(shè)計和程序等作品,版權(quán)均屬今日報道網(wǎng)所有。未經(jīng)本網(wǎng)書面授權(quán),不得進行一切形式的下載、轉(zhuǎn)載或建立鏡像。
·凡注明為其它來源的信息,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責(zé)。
不良信息舉報信箱 網(wǎng)上投稿
關(guān)于本站 | 廣告服務(wù) | 免責(zé)申明 | 招聘信息 | 聯(lián)系我們
今日報道網(wǎng) 版權(quán)所有 Copyright(C)2005-2016 魯ICP備16043527號-1

魯公網(wǎng)安備 37010402000660號