當(dāng)年累得坐馬桶就睡著的科學(xué)家，成為今年國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)得主

▲薛其坤

里程碑

筆者第一次見到薛其坤院士是在2019年年初，他領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)完成的“量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”項(xiàng)目，獲得了2018年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)中唯一的一等獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者楊振寧先生甚至評價(jià)說：“這是從中國實(shí)驗(yàn)室里第一次做出了諾貝爾獎(jiǎng)級別的物理學(xué)成果?！?/p>

那一次，國家科技獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室組織科技媒體進(jìn)行采訪，記者們把清華大學(xué)物理樓的樓道圍得水泄不通。薛其坤帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)成員一臉笑意和大家打著招呼。他個(gè)頭不高，精氣神十足，一笑起來兩只眼睛瞇成一條縫，說起話來，一口山東臨沂味的普通話讓人感覺特別親切，宛如一位“鄰家大叔”。

沒有繁縟的例行程序和排場，薛其坤直接把記者們請進(jìn)了自己的實(shí)驗(yàn)室，在現(xiàn)場第一線為大家介紹實(shí)驗(yàn)的情況。走進(jìn)薛其坤團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室仿佛走進(jìn)了一個(gè)科幻世界，到處是各種復(fù)雜的管線連接著銀白色錫紙裹著的不銹鋼腔體的設(shè)備。這些都是尋找量子反?；魻栃?yīng)的“寶貝”。

在物理學(xué)界，霍爾效應(yīng)一直是近百年來科學(xué)家持續(xù)突破的方向，也是當(dāng)下凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最熱門的話題、從業(yè)人數(shù)最多的領(lǐng)域。過去的幾十年中，已經(jīng)有3個(gè)團(tuán)隊(duì)因在霍爾效應(yīng)中的科研突破，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。它的研究進(jìn)展，關(guān)系到電子設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

20世紀(jì)80年代，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了神奇的量子霍爾效應(yīng)。薛其坤用了一個(gè)十分接地氣的比喻：普通狀態(tài)的電子是雜亂無章的，它們無序運(yùn)動(dòng)，不斷發(fā)生碰撞。而量子霍爾效應(yīng)里的電子則好像置身在一條“高速公路”上，中間有隔離帶，將兩個(gè)方向的“車流”隔開。

這也就是說，量子霍爾效應(yīng)能解決電子碰撞發(fā)熱的問題，在量子計(jì)算、量子信息存儲方面有巨大的應(yīng)用潛力，據(jù)此設(shè)計(jì)的新一代電子芯片，將會(huì)具有極低的能耗。然而，要投入實(shí)際運(yùn)用，它卻有個(gè)麻煩無法解決——需要一個(gè)外加磁場。這個(gè)磁場不僅價(jià)格昂貴，而且體積龐大。

量子反?；魻栃?yīng)則不同于量子霍爾效應(yīng)，它不依賴于強(qiáng)磁場而由材料本身的自發(fā)磁化產(chǎn)生，因此在應(yīng)用方面比此前發(fā)現(xiàn)的量子霍爾效應(yīng)要方便得多。如果這一發(fā)現(xiàn)得到落地應(yīng)用，將極大降低晶體管運(yùn)行耗能，提高手機(jī)和電腦的運(yùn)行速度，提高存儲空間，并解決電子設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱問題。甚至，當(dāng)下占據(jù)一棟樓大小的巨型超級計(jì)算機(jī)，將能夠變得像平板電腦一樣便攜。

這是一項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的發(fā)現(xiàn)，因此自20世紀(jì)90年代開始，就不斷有理論物理學(xué)家提出各種方案，全世界頂尖的研究組都想攻克這個(gè)難題，然而在實(shí)驗(yàn)上卻沒有取得任何進(jìn)展。

2008年，華裔物理學(xué)家張首晟提出了在磁性拓?fù)浣^緣體中實(shí)驗(yàn)量子反?；魻栃?yīng)的方向。但要找到合適的材料，充滿巨大挑戰(zhàn)，能否在這種材料中觀測到量子反?；魻栃?yīng)，何時(shí)能觀測到，誰也不知道，這是一項(xiàng)很可能終其一生都無法完成的項(xiàng)目。

薛其坤從博士畢業(yè)就一直專注于物理學(xué)的研究，凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)一直是他的“老本行”。從2009年起，薛其坤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始拓?fù)浣^緣體研究，決心通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說，向量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)發(fā)起沖擊。

既然選擇了遠(yuǎn)方，便只顧風(fēng)雨兼程。面對物理學(xué)界的“珠穆朗瑪峰”，薛其坤內(nèi)心沒有半點(diǎn)退縮，他選擇勇往直前。在他看來，在科學(xué)的道路上，有時(shí)候就是要打破常規(guī)，突破習(xí)慣性思維，另辟蹊徑，才能看到不一樣的風(fēng)景。

薛其坤的團(tuán)隊(duì)用來實(shí)驗(yàn)的樣品，是用原子一層一層鋪上去的，只有幾納米的厚度，相當(dāng)于頭發(fā)絲的十萬分之一，每制備一個(gè)都極為不易。這是一項(xiàng)亟須細(xì)致觀察的工作，任何實(shí)驗(yàn)中的蛛絲馬跡，都可能改變最終的結(jié)果。

4年時(shí)間里，他們前后制備了1000多個(gè)樣品，經(jīng)歷了無數(shù)次的失敗。每次失敗后，薛其坤再次帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)改進(jìn)樣品、創(chuàng)新方法。面對團(tuán)隊(duì)成員的沮喪，他總是鼓勵(lì)大家“失敗讓我們豐富了認(rèn)知，為我們提供了大量的新信息，這也是一種寶貴經(jīng)驗(yàn)。”

直到2012年10月12日晚上十點(diǎn)半，薛其坤收到學(xué)生的短信：“薛老師，量子反?；魻栃?yīng)出來了，等待詳細(xì)測量?！彼貞洠约寒?dāng)時(shí)壓抑住內(nèi)心的狂跳，立馬打電話過去再三確認(rèn)情況，隨后迅速返回實(shí)驗(yàn)室，立即組織團(tuán)隊(duì)成員，設(shè)計(jì)出幾套方案，部署下一步實(shí)驗(yàn)。在經(jīng)過兩個(gè)月的集中測試和不斷鉆研，薛其坤團(tuán)隊(duì)終于測試出了完美的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，攻克了130多年的世界難題，被《科學(xué)》雜志審稿人評價(jià)為“凝聚態(tài)物理界一項(xiàng)里程碑式的工作”。

▲薛其坤（左一）和美國賓州大學(xué)物理系代表團(tuán)一行交流

做到極致

薛其坤執(zhí)著、堅(jiān)韌和追求卓越的性格源自于青少年時(shí)期艱苦生活的磨礪。1963年12月，他出生于山東省沂蒙山區(qū)的一個(gè)小山村。生活的艱辛讓他小小年紀(jì)就成為家中干農(nóng)活的主力。在這種環(huán)境中長大，他在和貧困、饑餓，以及落后的生活條件做斗爭的同時(shí)，更加渴望著用知識改變自身的命運(yùn)，打開一扇通往山村之外的大門。

匱乏的物質(zhì)條件并沒有阻擋住薛其坤成為一名偉大科學(xué)家的壯志雄心。17歲那年，他的努力得到了回報(bào)——正式成為山東大學(xué)光學(xué)系的一名新生，開啟了一段全新的旅程。大學(xué)畢業(yè)，薛其坤被分配到曲阜師范大學(xué)做物理老師，這在當(dāng)時(shí)是一份讓人羨慕的“鐵飯碗”。但是他并不滿足眼前平淡卻安穩(wěn)的現(xiàn)實(shí)生活，他沒有忘記自己少年時(shí)成為一名科學(xué)家的夢想。要成為一名科學(xué)家，就勢必要繼續(xù)深造，進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。薛其坤嘗試過兩次研究生考試，第一次高等數(shù)學(xué)得了39分，第二次物理又得了39分，這兩次失敗的打擊對于他而言可謂是巨大的。不過，在頂著各方壓力第三次備考時(shí)，他終于通過了考試，進(jìn)入中國科學(xué)院大學(xué)物理研究所凝聚態(tài)物理專業(yè)學(xué)習(xí)。

三次考研的經(jīng)歷讓薛其坤更深刻地自省，他明白，自己并不算絕頂聰明，能獲得階段性的成功更多是靠著天道酬勤的干勁和抗挫折擊打的韌勁。“無論是學(xué)習(xí)，還是做科研，都需要長期的扎扎實(shí)實(shí)的實(shí)干，在每一步攻關(guān)之中都做到極致。做學(xué)問和做人一樣，一定不能作假、不能打折扣，必須要踏踏實(shí)實(shí)走好每條路?！毖ζ淅ず茉缇兔靼琢似渲械牡览怼?/p>

讀博期間，在導(dǎo)師陸華的推薦下，薛其坤得到了一個(gè)中日聯(lián)合培養(yǎng)的機(jī)會(huì)，到日本東北大學(xué)金屬材料研究所留學(xué)。這是日本最古老的大學(xué)附屬研究所，也是研究物理的學(xué)子們心之向往的殿堂。但是隨著飛機(jī)一落地，困難便撲面而來。最大的問題就是語言關(guān)。薛其坤不會(huì)日語，初來乍到，完全跟不上節(jié)奏。實(shí)驗(yàn)室里聽不懂導(dǎo)師的指令，別人做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，他只能怔怔地看著，總比別人慢一拍，為此常常受到導(dǎo)師的批評。

導(dǎo)師櫻井利夫以嚴(yán)謹(jǐn)和嚴(yán)格聞名，他的實(shí)驗(yàn)室號稱“7-11實(shí)驗(yàn)室”，這是因?yàn)闄丫蛞笏膱F(tuán)隊(duì)成員一周工作6天，早上7點(diǎn)來實(shí)驗(yàn)室，晚上11點(diǎn)之前不許離開。薛其坤初到日本的記憶，每天就是3件事：吃飯、睡覺、搞科研。有時(shí)候困得坐在馬桶上就睡著了。

有一次，導(dǎo)師要求薛其坤花3天的時(shí)間，把數(shù)萬個(gè)螺絲釘按照分類擺放整齊。起初，薛其坤很難接受，覺得“這是在侮辱我”，但冷靜下來他意識到，這恰恰是導(dǎo)師在磨煉他追求極致的態(tài)度——這是科學(xué)最需要的態(tài)度。

從此，薛其坤每天第一個(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。做實(shí)驗(yàn)看似是簡單重復(fù)，但實(shí)際上每一步都是變化的，有意外，也有驚喜和收獲?！按罅繉W(xué)習(xí)積累和實(shí)踐才能擁有比較好的科學(xué)直覺?！边@種看上去“結(jié)硬寨，打呆仗”的笨方法卻讓薛其坤在不知不覺中成為了團(tuán)隊(duì)里進(jìn)步最大、成長最快的學(xué)生之一。他最終在世界頂級學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文，他的科研成果成為了櫻井利夫?qū)嶒?yàn)室近30年最有突破的科研成果。

盡管身處國外，但薛其坤時(shí)刻關(guān)注著國內(nèi)物理學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，一心想把在日本汲取的先進(jìn)知識帶回中國。1999年，他入選中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”，在“7-11實(shí)驗(yàn)室”工作8年之后毅然放棄日本優(yōu)渥的條件回國，受聘中國科學(xué)院表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。2005年，薛其坤加入清華大學(xué)物理系，同年成為入選中國科學(xué)院院士那一批人中最年輕的一位。

功成名就之后的薛其坤仍然堅(jiān)持著在日本的作息時(shí)間，至今已經(jīng)20多年。他對學(xué)生在學(xué)術(shù)上的要求也如同當(dāng)年日本導(dǎo)師對他一樣嚴(yán)格，從扎扎實(shí)實(shí)的基本功訓(xùn)練抓起?！皩憟?bào)告，一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號的錯(cuò)誤，我也會(huì)挑出來；操作儀器，是順時(shí)針還是逆時(shí)針，要做到閉著眼睛都能操作無誤才行?！毖ζ淅ばα耍罢也纭钡哪康淖匀徊皇菫榱素?zé)罰，“那是因?yàn)檠芯靠茖W(xué)問題來不得半點(diǎn)馬虎，只有平時(shí)嚴(yán)謹(jǐn)極致，才能培養(yǎng)出優(yōu)秀的科研作風(fēng)?！?/p>

▲薛其坤授課中

用功譬若掘井

面對全球的競爭，誰擁有更多更好的人才，誰就能在競爭中取得主動(dòng)，贏得未來。行業(yè)如此，國家也是如此。薛其坤始終把人才培養(yǎng)看作是科學(xué)長遠(yuǎn)發(fā)展的一項(xiàng)重要工作。2020年11月，他出任南方科技大學(xué)（以下簡稱“南科大”）校長，完成了由一名科學(xué)家到一校之長的角色轉(zhuǎn)變。

作為在中國高等教育改革發(fā)展時(shí)代背景下創(chuàng)建的一所高起點(diǎn)、高定位的公辦新型研究型大學(xué)，南科大被譽(yù)為“中國高等教育改革試驗(yàn)田”。薛其坤馬不停蹄地展開了一系列的改革措施，調(diào)整了科研模式和人才培養(yǎng)模式；提出“南科大2035之問”；打造南科大“三大發(fā)展戰(zhàn)略”；打造“專業(yè)+通識”“書院+院系”“科教+產(chǎn)教”培養(yǎng)機(jī)制，等等。

作為以理工見長的創(chuàng)新型大學(xué)，薛其坤主導(dǎo)的南科大盡最大努力鼓勵(lì)從0到1的源頭創(chuàng)新。他表示，做基礎(chǔ)研究就相當(dāng)于打地基，不光鮮，不亮麗，卻承載著整個(gè)大樓的穩(wěn)固和挺拔。而基礎(chǔ)研究最大的特點(diǎn)就是不確定性，取得突破需要長期的投入，甚至“沒人知道哪天能實(shí)現(xiàn)”。所以，薛其坤特別提出科研不能簡單只以結(jié)果為評價(jià)導(dǎo)向，不能把評價(jià)變成一把庸俗的“尺子”，像數(shù)產(chǎn)品一樣用量去衡量。

為了進(jìn)一步改善評價(jià)機(jī)制，培養(yǎng)良好的科研氛圍，讓年輕人可以靜下心來從事基礎(chǔ)科學(xué)研究，展開長期的科研探索，南科大采取了比較靈活的長聘、準(zhǔn)聘制度，為青年教師匹配獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室，以及與其他有經(jīng)驗(yàn)的教師同樣的研究生資源和科研經(jīng)費(fèi)，為他們獨(dú)立開展科學(xué)研究提供舞臺，因此吸引了眾多優(yōu)秀的年輕學(xué)者。

曾國藩曾經(jīng)說過：“用功譬若掘井，與其多掘數(shù)井而皆不及泉，何若老守一井，力求及泉，而用之不竭乎！”薛其坤也把做科研視為打井取水，挖開表面松軟的土壤之后，下面可能是堅(jiān)硬的巖層，這個(gè)時(shí)候便是考驗(yàn)人的關(guān)鍵時(shí)刻，要學(xué)會(huì)如何應(yīng)用各種工具和方法，堅(jiān)持挖下去，才有可能涌出甘甜的泉水。切忌一遇到困難，就更換地點(diǎn)，淺嘗輒止，結(jié)果只能是日復(fù)一日、年復(fù)一年，即便挖遍了整座山崗，到頭來還是只能臨山羨泉，無水可喝，難以成功。

薛其坤便是這樣一位果敢而堅(jiān)毅的挖井人，絕不輕言放棄。在他看來，各種“坎坷”也是人生中一種必不可少的歷練。只要自己認(rèn)準(zhǔn)的事情，堅(jiān)持一條路走下去，每天有所進(jìn)步，就肯定能積累出更大的成果，最終到達(dá)目標(biāo)。

“科學(xué)發(fā)現(xiàn)可以是偶然的，但是偶然的背后是無數(shù)次必然的努力。希望更多的年輕人能夠享受科研的興趣，從事具有挑戰(zhàn)性的科研工作?！毖ζ淅δ贻p一代充滿了期待。在一檔中央電視臺的訪談節(jié)目中，他動(dòng)情地憧憬：“如果我們十幾億人中的每一個(gè)人都在非常努力地追求極致，中華民族的偉大復(fù)興不就不遠(yuǎn)了嗎？”