“抓”量子的“皮實”科學(xué)家薛其坤

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�然是天才，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�應(yīng)。

多年來，量子反�；魻栃�應(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)�會出現(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�應(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�應(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�；�甲之年，他忙得不亦樂乎，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。